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NTC-I型四容水箱復(fù)雜控制系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺
發(fā)表時(shí)間：2010-11-29 閱覽：8786 次
一、平臺的用途與特色
四容水箱是一個(gè)典型的非線性、非最小相位、多變量耦合過程控制對象。采用該對象可以進(jìn)行各種非線性控制、解耦控制、多變量控制和故障診斷與容錯(cuò)控制等實(shí)驗(yàn)�？梢则�(yàn)證各種復(fù)雜的先進(jìn)控制與優(yōu)化算法，如模型預(yù)測控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制等。該實(shí)驗(yàn)平臺以四容水箱作為典型對象，其結(jié)構(gòu)靈活多變，用戶可以根據(jù)需要自行配置水箱連通方式來組成單容水箱、兩容水箱、三容水箱和四容水箱的實(shí)驗(yàn)平臺，也可以任意設(shè)置故障點(diǎn)，進(jìn)行故障診斷與容錯(cuò)控制實(shí)驗(yàn)。該平臺采用超聲波液位計(jì)作為傳感單元，具有液位測量準(zhǔn)確，量測噪聲小，線性度高等優(yōu)點(diǎn)；采用直流調(diào)壓水泵作為執(zhí)行單元，具有調(diào)節(jié)速度快，系統(tǒng)時(shí)滯小，控制準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
二、圖形化、組態(tài)式控制模式
該四容水箱系統(tǒng)的控制單元采用自行設(shè)計(jì)開發(fā)的高性能圖形化可編程控制器，它集成有多路A/D 、D/A輸入輸出通道，可以輸入和輸出±10V、 ±5V、0—5V、4-20mA等各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號。該控制器采用高性能CPU，運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，最快采樣周期可達(dá)0.1ms以下，可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜閉環(huán)控制算法。控制器程序采用圖形化組態(tài)方式自動(dòng)生成，控制組態(tài)軟件被無縫嵌入Matlab/Simulink中，并擴(kuò)展了Simulink模塊庫，用戶可通過創(chuàng)建Simulink/Stateflow框圖實(shí)現(xiàn)其控制策略，一鍵式自動(dòng)生成可執(zhí)行代碼，并下載到控制器中運(yùn)行�？刂破髦С忠蕴W(wǎng)和串口通訊模式，控制程序的下載、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀寫都通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)傳輸，方便與各種上位機(jī)和控制器通訊。
三、可視化監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)化控制方式
1、先進(jìn)性：系統(tǒng)采用了先進(jìn)的分段化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和確定性通信調(diào)度控制策略，解決了以太網(wǎng)通信的不確定性問題，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。
2、完整性：系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)企業(yè)綜合自動(dòng)化智能工廠系統(tǒng)中從底層的現(xiàn)場設(shè)備層到上層的控制層、管理層的通信網(wǎng)絡(luò)平臺基于以太網(wǎng)技術(shù)的統(tǒng)一，即所謂的“E（Ethernet）網(wǎng)到底”。
3、可靠性：系統(tǒng)從硬件到軟件、從數(shù)據(jù)系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，經(jīng)過長期的實(shí)踐檢驗(yàn)，具有極高的可靠性和穩(wěn)定性。
4、互可操作：系統(tǒng)通過EPA網(wǎng)絡(luò)通信平臺提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信服務(wù)，與來自不同廠商的現(xiàn)場智能設(shè)備和應(yīng)用程序可以實(shí)現(xiàn)信息透明互訪和互可操作。
5、實(shí)用性：系統(tǒng)能充分滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)、科研院所和高等院校對工控行業(yè)和自動(dòng)化應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中，對控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程培訓(xùn)和實(shí)踐教學(xué)的需要。
6、靈活性：產(chǎn)品可根據(jù)用戶的要求靈活的增加和刪減配置，既不影響系統(tǒng)的整體性能，又能滿足各種客戶對研發(fā)平臺的特殊要求。
四、主要技術(shù)指標(biāo)
1.傳感器：超聲波物位計(jì)：
量程 0～1 m，
盲區(qū) <0.06 m
發(fā)射角 6°
最小顯示分辨率 1mm
精度 ±0.3％或±1.5mm
2.執(zhí)行器：
水泵：
流量 20～30升/分鐘
揚(yáng)程 5米
驅(qū)動(dòng)器：
輸入電壓 DC 24V（工作范圍18V~36V）
輸出電壓 DC 0V～24V
輸出電流 DC 10A 20A 35A
調(diào)速比 1：80
雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)
靜差率 <1%
3.控制器：
CPU AMD Geode LX 800(500MHz)
SDRAM 512Mb
Flash 8Gb
通訊接口 10/100Mbps以太網(wǎng)，
RS-232/422/485
D/A轉(zhuǎn)換 4路
A/D轉(zhuǎn)換 16路；
其中4路電流輸入，12路電壓輸入
4.顯示屏：
分辨率 800*600dpi
LCD尺寸 10英寸
亮度 350cd/m2
響應(yīng)時(shí)間 10ms
五、主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1.四容水箱的數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)
2.水箱對象特性時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)
3.水箱對象特性頻域分析實(shí)驗(yàn)
4.水箱對象模型辨識實(shí)驗(yàn)
5.反饋通道的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
6.單容水箱數(shù)字PID控制實(shí)驗(yàn)
7.雙容水箱串級PID控制實(shí)驗(yàn)
8.雙容水箱模糊控制實(shí)驗(yàn)
9.四容水箱2輸入2輸出預(yù)測控制實(shí)驗(yàn)
10.四容水箱解耦控制實(shí)驗(yàn)
六、適用對象
該平臺面向本科生/研究生的教學(xué)和科研，作為能力創(chuàng)新平臺，它提供了多種新穎的實(shí)驗(yàn)課程，配有完備的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書和實(shí)驗(yàn)工程文檔，包含了各種復(fù)雜控制算法的實(shí)例，如PID控制，模型預(yù)測控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，模糊控制等。同時(shí)，利用該平臺用戶可以方便地?cái)U(kuò)展各種實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行深層次的科學(xué)研究，自行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)各種控制策略。該系統(tǒng)可以作為《自動(dòng)控制原理》、《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》、《過程控制》、《過程辨識》、《現(xiàn)代控制理論》、《智能控制》、自動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽等課程的實(shí)驗(yàn)平臺。