工业系统驱动与控制.期末作业.pdf

工业系统驱动与控制 工业系统驱动与控制 期末期末设计题设计题 计算机控制的精确施力系统计算机控制的精确施力系统 一 题目要求 在某工业系统中 需要一个由计算机精确控制的施力装置 用来对某系统进 行力加载试验 请设计一个能够精确控制输出力为 180 公斤的工业控制系统 附 一 传感器型号为 XYL 1 指标如下 1 量程 0 200Kg 2 工作电压 10V 3 输出范围 0 20mV 4 传感器输入 输出满足线性关系 二 电压 力转换器 执行器 输入 0 10V 输出 0 200 公斤 输入 输出满足线性 要求 要求 1 使用本门课所学知识 按上述要求设计系统 画出系统组成框图 并注 明各个环节的输入和输出信号的形式 2 简单描述系统的工作原理或过程 3 列出所用主要仪器设备和器件的名称 4 画出核心程序流程图 不能照抄教材 P100 的程序流程图 改写 CONTOL D C 程序 对施力装置进行控制 将本课程所用采集卡的位数 改为 10 位 信号采集选用模拟量第 12 或 13 号通道 控制信号输出选用模拟量 第 2 号通道 二 系统设计 1 系统组成框图 2 系统工作原理 系统输出的期望为 180kg 的力 由输入输出的线性关系 设定的期望信号r 为 9V 当实际反馈信号y与设定信号r出现偏差时 系统通过 PID 控制 使控 制信号快速 准确地达到期望值 并稳定在期望值 控制信号通过执行器的电压 力转换变成被控量 力输出 传感器接收力信号 将其转换成电压信号 这 个电压信号很微弱 在 mV 数量级 通过一级放大倍数为 100 倍的差动放大电路 在通过一级放大倍数为 5 倍的比例放大电路 将电压信号放大到满足 AI 同道的 输入范围 计算机将采集的电压信号进行 AD 转换 生成反馈信号y 再与期望信 号r进行比较 整个系统为一闭环控制系统 计算机可以精确控制施力系统 使其产生 180kg 的力 3 仪器设备和器件 工业控制计算机 采集控制卡 PCL 812PG 工业端子版 ACLD 9188 REV B1 电压 力转换器 力传感器 XYL 1 差动放大器 OP07 同相比例放大器 控制器 设定信号设定信号 r r 数据 通道 执行 机构 测量系统 传感器 放大电路 AO D A 偏差偏差e e 控制信号控制信号u u 输出输出 信号信号 f f 数据 通道 AI A D 反馈反馈 信号信号 y y 采集卡 双踪示波器 数字万用表 4 放大电路设计 由于传感器的输出在 mV 数量级 不能直接送进 AI 通道 所以要经过放大电 路 放大倍数为 500 倍 又因为差动放大器的放大倍数不能太大 最大为 100 比较合适 所以要用两级放大电路 第一级为 100 倍的差动放大电路 第二级为 5 倍的比例放大电路 电路如图 对于差动放大器 如果取 3 1 4 2 则放大倍数 100 2 1 对于比例放大器 放大倍数 5 1 6 5 即 6 5 4 5 PID 控制流程图 10V 6 10V 4 7 2 3 10V OP07 a b R3 R4 R2 R1 10kO 10kO 1MO 1MO uo 10V 10V uo ui i R1 10k R2 100k R3 10k 1 3 2 4 5 6 7 开始 接受键入Kp Ki Kd 计算各变量初值 初始化图形方式 绘坐标系 检测被控量y n 显示 IAE 延时Ts n n 1 计算绝对偏差积分 IAE n 8 lbyte Outputdata outportb 2 channel 1 BASE ADDRESS 4 lbyte outportb 2 channel 1 BASE ADDRESS 5 hbyte return 因为采集卡的位数为 10 位 所以 DA 子程序的高字节是 Outputdata 右移 8 位后 与 0 x03 做与运算 在主程序中参数 channel 赋值为 2 对 AD 子程序的修改 int AD channel unsigned short int channel unsigned short int DRDY int hbyte lbyte outportb BASE ADDRESS 10 channel outportb BASE ADDRESS 9 0 outportb BASE ADDRESS 11 1 DRDY 1 outportb BASE ADDRESS 12 1 while DRDY 0 DRDY inportb BASE ADDRESS 5 hbyte inportb BASE ADDRESS 5 lbyte inportb BASE ADDRESS 4 return hbyte 8 lbyte 同理 AD 子程序采集的高字节数据是与 0 x03 做与运算 转换完成标志位 DRDY 位置不变 仍为 AI 高字节第 5 位 参数 Channel 的值应赋 12 对 control 子程序的修改 void control void float g e 0 0 g c 0 0 ep float temp 0 0 int m j k yy i AD 1212 y i yy i 511511 2 e i y i e i y i r i r i 比例项比例项 g c e i g c e i temp 0 01 temp 0 01 微分项微分项 Ts Ts 为为 0 010 01 g e e i g e e i 积分项积分项 temp e i temp e i u i Kp e i Ki g e Kd g c u i Kp e i Ki g e Kd g c ida u i DA 2 2 ida show the time itoa i string 10 gotoxy 20 20 cputs string 信号采集选用模拟量第 12 通道 所以应改为 AD 12 PID 控制部分程序已给出 需要定义 3 个变量参数 Kp Ki Kd 并在主函数中键入值 对 parameter 子程序的修改 void parameter void DA 2 2 0 iae 0 n 400 i 0 iad 0 e 0 0 amplitude 9 9 0 10v amplitude amplitude 10231023 10 0 for i 0 i n 1 i r i amplitude 输出的力的期望值为 180kg 对应的电压为 9V 对主程序的修改 main int k m kkp FILE fpp DA 2 2 0 delay 1000 clrscr parameter printf printf n Please input Kp Ki Kd n Please input Kp Ki Kd scanf f f f Kp Ki Kd scanf f f f Kp Ki Kd sample time 10 for i 0 i n i control delay sample time DA 2 2 0 create datafile graph r r r y e c u getch delay 100 closegraph return 主函数加入对 PID 控制 3 个参数的输入部分 7 PID 控制的参数确定 PID 控制的数学表达式为 其中 p K是比例运算系数 i K是积分运算系数 d K是微分运算系数 由于具体实验设备没 有给出 所以需用试凑法确定 3 个参数 具体调试方法如下 试凑法的步骤应是先比例 再积分 最后微分 1 比例系数确定 将比例运算系数控制作用由小变大 观察响应 直到得到反应快 超调小的 响应曲线 此时保证了系统响应的快速和稳定 但静态误差大 2 积分系数确定 先将比例系数稍微减小 为原来的 80 左右 再将积分系数置于一个较大的 值 观察响应曲线 然后