基于VB的液位控制开题答辩.doc

基于VB 的液位控制系统一.题目来源生产/社会实际广泛的应用于各种材料锅炉等的自动调节和控制二. 研究目的和意义传统的液位控制系统大多采用PLC 和组态软件来实现. PLC 是基于计算机技术和自动控制理论发展而来的,作为一种特殊形式的计算机控制装置,它在系统结构,硬件组成,软件结构以及I/ O 通道,用户界面诸多方面都有其特殊性.但缺点是PLC 采用扫描原理工作 . 这种方式造成了大量系统资源的浪费。采用VB 开发环境设计了一个液位控制系统. 系统设计主要包括:控制算法设计;串口通信程序开发;控制结果显示;网络接口设计. 所开发的系统具有以下特点:控制界面简洁;新算法的添加更方便;编程时采用事件触发方式,能有效省系统资源. 最后以改进型的遇限削弱PID 控制算法为例进行了实验研究,实验结果表明所开发的系统具有良好的可行性和实用性.三国内外研究的概况和发展趋势四.主要研究内容、关键问题，及解决思路 1、原理其工作原理为:液位高度通过标度转化,将高度信号转化为15 V 的电压信号,由ICP7017 采集,传送给计算机,计算机调用相应的算法计算后,将控制信号再次经过标度变换成4 20 mA 信号,由ICP7024 传送给执行器调节阀,最终通过控制阀门的开度,达到控制液位高度的目的.2、系统结构将系统分成了几个模块,如图2 所示. 这些模块具体包括以下部分: 2. 1 控制算法的编程实现主要是改进型的遇限削弱PID 控制算法的程序实现. 采用了ActiveX 技术对控制算法进行封装,直接在VB 的“部件”里添加新算法,从而使得新算法的添加更方便,就像使用VB 自带的控件一样.2. 2 数据库的访问和控制曲线的显示数据库采用SQL 数据库,并采用DirectX8. 1描绘控制的实时曲线.2. 3 PC机与对象的通信程序开发这部分主要是和ICP70172 和ICP70242 这两个模块的通信, ICP7017 采集液位的高度信号,ICP7024 向控制阀输出控制量,来控制水位的高度.将通信程序封装在一个ActiveX 控件里,这样做可以减少主程序的代码.3、本地监控平台及网络接口开发3. 1 控制算法设计由于对象的调节阀的开度是受限的,在实际控制过程中,控制量可能会达到“饱和”. 这就是在PID控制中常常遇到的“积分饱和”现象,为了防止这种现象,系统采用了改进型遇限削弱PID 控制算法.防止积分饱和的方法有多种,笔者只是采用了其中一种比较简单的方法,对传统的遇限削弱积分法6 进行改进,遇限削弱积分法的基本思想:一旦控制量大于umax ,则只累计负偏差;若小于umin ,就只累计正偏差. 传统的遇限削弱积分法只是利用控制量与最大值最小值进行比较,以决定是累积哪种偏差,运算完后控制量仍然可能处于“饱和区”. 为了使控制量更早地退出饱和区,将计算得到的控制量再进行限幅.3. 2 数据库访问为了使Web 层能方便的从数据库读取数据,系统采用了MySQL 数据库. 在这个系统中,数据库的作用是:供用户查询历史数据以及Web 层从数据库调取数据,在Web 层画出控制的实时曲线. 3. 3 实时曲线的描绘为了获得更好的视觉效果,笔者采用DirectX8. 1开发包,描绘控制的实时曲线,通过选择要显示的对象,在动态数据下方可以显示当前选中对象的实时曲线.微软的DirectX 软件开发工具包(SDK) 提供了一套优秀的应用程序编程(APIs) ,这个编程接口可以提供给你开发高质量、实时的应用程序所需要的各种资源.总的说来,使用DirectX 主要有两个好处:为软件开发者提供硬件无关性;为硬件开发提供策略.对于一个简单的图形显示, 只需要DirectXGrap hics 就足够了. 实现曲线的绘制包括以下几步:(1) 初始化D3D 类.(2) 初始化坐标:包括上水箱,下水箱,中水箱,阀门开度,设定值坐标的初始化.(3) 渲染.(4) 输出字符.(5) 停止D3D 显示.(6) 主循环:任何DirectX Grap hic 程序中都必须存在这个主循环,不断地循环上述2 ,3 ,4 过程,以实现动态描绘曲线的效果,一般这部分放在主程序段内.3. 4 串口通信设计为了获得控制的输入量与输出量,需要得到ICP7017 和ICP7024 两个模块的数据,在图1 中,ICP7017 和ICP7024 是装置自带的数据采集模块,和上位机通信采用了RS2485 总线.ICP7017 是八路模拟量采集模块,标准信号为15 V. 在系统中只需采集上水箱,中水箱,下水箱三路信号即可.ICP7024 是四路模拟量输出模块，标准信号为420 mA. 在系统中,笔者只需要一路控制量输出通道即可.VB 自带有一个串口通信控件: MSComm 控件. 针对ICP7017 和7024 有相应的命令,串口通信程序编写要符合一定的命令格式2 ,否则工作不正常.3. 5 系统平台设计将各模块进行整合,得到系统平台,如图4.使用VB 设计控制系统最大的好处就是平台的搭建非常简单,开发人员想用到什么控件,只要从工具箱中拖到窗体中即可.设计的液位控制系统具有以下功能:(1) KP ,KI ,KD 三个参数的自由调节.(2) 实时数据的显示.(3) 实时曲线的显示.4、实验控制结果及分析对于控制参数的选取,一般可以通过实验试凑的方法来获得,不过实验法是一种相当烦琐的方法,一般都不会采用. 笔者采用的是改进型的临界比例度法7 . 通过Nyquist 频率曲线, 根据Ziegler2Nichol s 方法的最佳参数表来计算这三个参数: K P= 12 ,