基于labview的液位测控系统设计--大学毕业设计论文
基于labview的液面控制系统设计
基于labview的液面控制系统设计【摘要】 labview软件使用流程图编程，具有开放性，模块化，可重复性、互换性等特点，并且与外部硬件连接方便，可以实现实时控制，进行硬件在环仿真实验。
【关键词】虚拟仪器；labview；硬件在环；时滞；预测控制；动态矩阵labview是一种程序开发环境，与其他计算机语言的显著区别是，labview软件使用流程图编程，具有开放性，模块化，可重复性、互换性等特点，并且与外部硬件连接方便，可以实现实时控制，进行硬件在环仿真实验。
一、液位控制系统建立整个液位控制系统由控制器、电动调节阀、上水箱、中水箱、下水箱和液位变送器模块等组成。
控制器的输出量用于控制电动调节阀的开度。
1.液位控制系统的控制目标水箱的液位变化范围为h=0～200mm，要求通过设计合适的控制器，能使下水箱的液位稳、准、快的稳定在给定的液位上，稳态液位误差不超过5mm。
当水箱发生扰动（正扰动或者负扰动）时，被控量能迅速恢复到系统原来所要求的液位值。
2.液位被控对象模型该系统是由三个单容水箱组成，其中每一个水箱对象为一个一阶惯性环节，且具有自平衡性。
我们的目的是控制下水箱的液位，被控系统是由三个水箱的串联则组成。
给调节阀一个阶跃输入信号，测量系统的阶跃响应曲线。
可见τ/t接近0.3系统存在时滞现象，所以该系统是一个具有时滞的液位控制系统。
由于系统就有时滞特性，并且模型是可变的，存在干扰，为了达到良好的控制效果，普通的pid控制算法是满足不了要求的。
鉴于预测控制的特点，我们选用预测控制算法进行液位控制。
二、液位测控系统的硬件组成控制算法的实现是以实际控制系统的建立为基础。
因此在设计控制算法程序之前，应该根据实际控制系统的需要以及性能价格比选择合适的控制硬件组成实际的控制系统，并分析被控对象的动态特性，达到一定的控制目的。
三、液位测控平台的软件介绍1.虚拟仪器简介与传统仪器相比，虚拟仪器具有更大的开放性，模块化，可重复性、互换性等特点。
基于LabVIEW的汽车油罐车液位检测计量系统设计与实现
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｍ ｐｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｌ ｉ ｑｕ ｉ ｄ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ａ ｎ ｋ ｃ ａ ｒ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎｇ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｌａ ｂ ＶＩ ＥＷ
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基于LabVIEW的液位控制系统设计
基于LabVIEW的液位控制系统设计张文硕;张井岗;赵志诚【摘要】本文以液位控制系统为研究对象,基于LabVIEW开发软件以及NI公司PCI-6024E数据采集板卡建立了液位控制系统的实验平台.该平台具有人机交互界面良好,开发周期短的特点,可以在该平台上设计不同的控制算法进行实验研究,扩展了过程控制实验装置的功能.笔者针对双容液位控制系统,设计了PID控制器和单神经元PID控制器.实验运行结果证明了所建立实验平台的有效性.【期刊名称】《电气电子教学学报》【年(卷),期】2013(035)002【总页数】4页(P104-107)【关键词】LabVIEW;双容水箱【作者】张文硕;张井岗;赵志诚【作者单位】太原科技大学电子信息工程学院,山西太原030024;太原科技大学电子信息工程学院,山西太原030024;太原科技大学电子信息工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TP273+.50 引言THSA-1型过控综合自动化控制系统实验装置是根据过程控制自动化及相关专业教学特点开发的一套实验装置。
该装置可对液位、温度、压力和流量等热工参数实现单回路控制和串级控制等多种控制［1，2］。
我们可以在该实验装置上设计PLC控制、AI智能仪表控制和远程数据采集控制等多种控制系统，加深学生对理论知识的理解，提高其动手能力［3-5］。
但该实验的控制算法均为 PID控制，没有提供其它控制算法，这对学生深入理解不同控制算法及应用仍有一定的局限性。
利用LabVIEW能够快速搭建控制系统的图形用户界面，与传统的文本式编程语言相比，可以提高工作效率，缩短开发周期［6］。
另外，LabVIEW还提供了实现仪器编程和数据采集的途径，结合NI公司数据采集板卡，通过在 Measurement ＆Automation(MAX)软件上简单设置即可实现两者之间相互数据传输，快捷方便［7］。
本文利用LabVIEW开发环境和NI公司数据采集板卡在THSA-1型实验装置上建立液位控制系统实验平台，可以灵活地设计不同的控制算法进行实验研究，扩展了过程控制实验装置的功能。
基于NILabVIEW和DAQ卡的液位控制系统
21211 阶跃试验与实时建模
图 1 控制系统硬件结构图
图 4 阶跃试验V I 的前面板
图 2 DAQ 板卡安装配置步骤
212 软件部分
L abV IEW 程序称为虚拟仪器程序, 简称 V I; 一个
最基本的V I 由 3 个部分组
成: 前面板 (Panel)、框图程
序 (D iagram P rogramm e) 和
第 25 卷第 4 期增刊
仪 器 仪 表 学 报
2004 年 8 月
基于 N I LabV IEW 和 DAQ 卡的液位控制系统
谢建君 薛平贞
(武汉大学自动化系 武汉 430072)
摘要 介绍了一种基于 N I DAQ 板卡和 L abV IEW 软件的液位控制系统, 在 HM I 人机界面实现了水箱液位的监控、阶跃响 应曲线试验和系统的实时建模。 通过M atlab 仿真求取 P ID 控制参数, 经过反复测试, 最终获得了满意的控制参数和控制过 程。 实验结果表明: 系统达到了预期的设计目标, 为先进的控制算法的研究和实际应用提供了非常好的试验研究平台。 关键词 L abV IEW DAQ 卡 HM I 界面 实时建模 P ID
图 标 连 接 端 口 ( Icon T er2
m inal)。 前面板就是图形化
用户界面; 框图程序用图形
化编程语言编写; 图标 连接
端口可以把已存在的V I 变
成 一 个 对 象 ( SubV I, 即 V I
图 3 主程序框图
子程序) , 然后像子程序一样 可 在 其 他 V I 中 调 用; 连 接
控制器采用了防积分饱和增量式 P ID 算法[4]: ∃u (k) = kp∃e (k) + kie (k) + kd [ ∃e (k) - ∃e (k- 1) ] ki= kpT T i, kd= Kp T d T u (k) = u (k- 1) + ∃u (0≤u (k) ≤60)
液位系统的控制器设计__毕业设计论文 精品
毕业论文（设计）题目：液位系统的控制器设计系部名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：201 年月日摘要液位是工业过程生产中经常遇到的控制对象之一，对所需的液位控制对象进行精确的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。
因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
近年来，随着控制理论的深入研究，出现了许多新的控制算法。
但是，以PID 为原理的各种控制器仍是过程控制中不可或缺的基本控制单元。
根据液位系统的特点，设计合适的PID控制器对其进行液位控制，不仅成本低，而且控制效果很好，具有较高的实用价值。
本文通过实验的方法，确立的被控对象的数学模型。
并采用多种方法确定被控对象的传递函数。
主要完成了以下工作：首先，通过实验测试法对水箱进行数学建模，并用MATLAB进行仿真，验证其数学模型的正确性。
接着，分析对比作图法和计算法分别得出的数学模型，通过仿真比较，确立最接近的数学模型。
然后对PID控制器的参数进行整定。
采用基于Ziegler－Nichols法,C-C工程法，稳定边界法对液位系统进行PID控制器参数的整定，并用MATLAB进行仿真。
分析对比了几种方法的性能。
关键字：液位系统，PID控制器，参数整定，MATLAB仿真Parameters Design of Liquid Level ControllerAbstractT he liquid level is one of the control objects which is often encountered in industrial production process. Giving the precise level control to the control objects, is related to the quality of the product, and is a guarantee of production and the important problem of safety. Thus, the liquid level control has important practical significance and broad application prospect.In recent years, with the in-depth research of the control theory , appeared a lot of new control algorithm. However, with PID as the principle of various controller is an indispensable basic process control control unit. According to the liquid level system characteristic, to design the appropriate PID controller for the liquid level control, not only the cost is low, but also has the good control effect and high practical value.In this paper, through the experimental method, established the mathematics model of the controlled object, and use a variety of methods to determine the transfer function of the controlled object. Mainly completed the following work: firstly, the mechanism of model analysis method. Through the experimental test on the tank for mathematical modeling, and using MATLAB simulation, verified the correctness of the mathematical model. Then, analysis and comparison of drawing and calculating method were derived by mathematical model, by simulation and comparison, the closest mathematical model establishment. Then the parameters of PID controller tuning. Ziegler based on the Nichols method, C-C engineering method, the stability boundary method for liquid level system PID controller parameter tuning, and using MATLAB simulation. Analysis and comparison of several methods for the performance.Keywords:Level system PID controller Parameter setting MATLAB simulation目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 研究的意义和目的 (1)1.3 PID控制算法的研究现状 (2)1.4 MATLAB简介 (3)2 液位控制系统的原理 (4)2.1 人工控制与自动控制 (4)2.2 水箱液位控制系统的原理框图 (5)3 被控对象的数学模型 (6)3.1 基本知识 (6)3.1.1 被控过程传递函数的一般形式 (6)3.1.2 建立过程数学模型的方法 (7)3.2 基于MATLAB的数字仿真 (12)3.2.1 利用MATLAB根据作图法建立一阶系统数学模型 (12)3.2.2 利用MATLAB根据计算法建立一阶系统数学模型 (15)4 控制系统参数的整定及MATLAB的数字仿真 (17)4.1 基本知识 (17)4.1.1 简单控制系统的设计 (17)4.1.2 简单控制系统的参数整定 (19)4.2 基于MATLAB的数字仿真 (26)4.2.1 C-C工程整定法对PID参数整定 (26)4.2.2 Z-N工程整定法对PID参数整定 (31)4.2.3 根据稳定边界法对PID参数整定 (33)5 系统调试、性能分析 (38)5.1 系统数学模型的确立 (38)5.2 几种参数整定方法性能分析 (39)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 引言液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，他在工业中的各个领域都有广泛的应用。
基于LabVIEW的水温及水位监控系统设计
引言 目前的测温控制系统大都采用传统温
度测量仪器，由硬件或固定的软件来实 现。随着计算机技术的飞速发展，虚拟仪 器技术诞生了。虚拟仪器技术充分利用计 算机的强大运算处理能力，同时也在传统 仪器数据处理、显示等方面得到了很大的 提高。通过交互式图形界面实现温度的测 量和液位的控制。可以完全由计算机来实 时控制目标温度和液位，系统操作界面非 常友好，便于操作，以及系统维护。
摘 要
以 ＡＴ８９Ｓ５２ 为硬件核心，ＬａｂＶＩＥＷ８．５ 为软件 开发平台，设计了一个实时水温及水位测 控系统。该系统采用单片机和 ＤＳ１８Ｂ２０ 进 行实时温度采集并处理分析，采用超声波 对水位进行实时监控，实现对水温和水位 进行实时监控。测试结果表明，该系统界 面友好，测量精度高，安全可靠，易于操 作。 关键词
８９Ｓ５１；ＤＳ１８Ｂ２０；ＬＣＤ；ｒｅｌａｙ；Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ
的调节控制，满足用户需要的温度。由超 声波检测电路实现对水位的实时监控。最 后把所以数据通过 MAX232 传输到上位机 的 labview 界面里显示。
1.1 温度控制电路 图 2 给出了温度控制电路，我们利用 单片机对光耦的控制，去控制固态继电 器，采用 PWM 脉宽调制办法实现精密控 制。
图 ３ 超声波检测电路 1.2 液位检测电路 图 3 给出了液位检测控制电路。超声 波遇到水面会反射，采用超声波测量水面 的位置变化，通过单片机处理，来控制水 位的高度。
２ 系统软件设计
2.1 上位机软件设计 上位机软件设计主要完成数据采集与 控制，测试结果分析与记录显示等，同时 为用户提供一个更加方便的操作界面。图 4 给出上位机的监控界面。该系统软件主 要由数据采集、数据处理、数据显示、数 据报警以及数据发送等模块组成。
基于LabVIEW的液位测试处理系统
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依 据 设 计 要 求 ， 理 模 块 完 成 ： １ 对 测 量 的 液 位 结 果 即 时 显 示 并 依 据 液 位 上 下 限报 警 ； ２） 示 一 段 处 （） （ 显 时 期 内液 位 的 平 均 值 ； ３ 绘 制 即 时 液 位 直 方 图 ． （）
关 键 词 ：ａ Ｖ Ｅ ； 位 测 试 ； 能 模 块 ； 统 设 计 Ｌｂ ＩＷ 液 功 系
中 图 分 类 号 ｉＰ １ Ｔ３２ 收 稿 日期 ：０９ ＿５＿２ ２０＿ｏ— １ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ９ ５ ２ （０ ９ ０ —０ ５ — ｏ １ｏ — １８ ２０ ）５ ０ ３ ４
由 于 Ｌ ｂ Ｅ 是 基 于 模 块 化 程 序 设 计 思 想 ， 此 在 开 发 过 程 中也 是 基 本 上 遵 循 着 这 一 基 本 思 想 ， ａ ＶＩ Ｗ 因 在
总体 方 案确定 后 ， 据所 需 的不 同功 能分 别组 建各 种功 能模块 ， 后再 集成 和调 试 ． 据 功能 的需要 ， 序 根 最 根 程 包 含 以 下 模 块 ： １ 数 据 采 集 模 块 ， ２） 据 处 理 模 块 ， ３ 数 据 存 储 模 块 ， ４） 果 整 形 、 印 ． （） （ 数 （） （ 结 打
作者简介 ： 贺天柱 （９ １ ）男 ， １７一 ， 陕西宝鸡人 ， 西工业 职业技 术学院电气工程系副教授 ． 陕 研究方 向为 电子测量技术．
Ｌｂ Ｅ 开 发环 境具 有一 系列 优 点 ， 流 程 图式 的编 程 ， 其 丰 富 的 函数 、 值 、 号 处 理 和设 备 驱 ａ ＶＩ Ｗ 从 到 数 信 动 等 功 能 ， 用 Ｌ ｂ ｉｗ 进 行 设 计 ， 率 高 ， 作 简 单 ， 能 对 误 差 精 度 进 行 实 时 调 整 ， 传 统 仪 器 利 用 应 ａ ｖｅ 效 操 并 将 Ｌ ｂ ｉｗ用 软 件 方 法 来 实 现 ， 发 周 期 短 ， 于 维 护 和 升 级 ， 以 设 计 出传 统 仪 器 所 不 能 比拟 的 测 试 系统 ． ａ ｖｅ 开 易 可
基于LabVIEW的液位控制系统的设计
基于LabVIEW的液位控制系统的设计郭艳平;陈杭兴【摘要】This paper introduces a liquid level control system based on LabVIEW. The liquid level data, which is acquired by the level sensor, wil be sent to the slave computer (compose of single chip microcomputer) through data acquisition chip, then is transmitted to the Labview host computer via serial interface for reading.This system realizes real-time liquid level data display, data saving, historical data browsing, liquid level alarm and other functions.%本文介绍了一种基于LabVIEW的液位控制系统，液位传感器采集液位信息，经过数据采集芯片发送至单片机构成的下位机系统，通过串行口输送到LabVIEW构成的上位机系统，上位机读取数据。
本系统实现了实时显示液位信息，保存数据，历史数据浏览，液位报警等功能。
【期刊名称】《数字技术与应用》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】1页(P8-8)【关键词】虚拟仪器;数据采集;单片机;传感器【作者】郭艳平;陈杭兴【作者单位】南京航空航天大学金城学院江苏南京 211156;南京航空航天大学金城学院江苏南京 211156【正文语种】中文【中图分类】TP39在生产和生活中，液位和流量的控制是一直是困扰人们的不变话题，例如居民生活用水的供应，食品生产，污水达标的排放，各种饮料加工厂，一般都使用存储液体的地方。
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摘要液位计算机测量与控制实验系统是为西北工业大学航空学院民航工程系综合实验平台而开发的课程教学实验系统。
液位测量与控制系统集传感器信号的采集、调理、转换、检测和控制为一体，是实时交互式图形界面应用系统。
该系统采集液位信号并用计算机可视化界面实时显示液位高度的变化过程；通过交互式对话框设置期望的液位高度，在检测当前液位的基础上控制进/出水阀门，从而对实际液位高度进行控制。
论文介绍了液位计算机测量与控制系统的结构与功能；分析了硬件系统中测量与控制电路的组成及工作原理；计算了信号调理电路中测量放大器的增益及各元件参数；使用PROTEL软件绘制了信号调理电路图；介绍了多功能数据采集卡NI USB-6008的特点、功能及软件开发平台LabVIEW；分析了系统的软件程序；介绍了液位计算机测控系统的用户使用界面所能实现的功能。
针对实验系统对液位进行开关控制所带来的问题，提出了用PID控制方法进行改进的措施。
关键词：液位测控，压力传感器，信号调理，NI USB-6008 ，LabVIEWABSTRACTThe liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experimental system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through the import / outlet valves.The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal conditioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.KEY WORDS：liquid level measurement and control，pressure sensor，signal conditioning ，NI USB-6008 ，LabVIEW目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1 课题背景............................................................................. 错误！未定义书签。
1.2 系统组成............................................................................. 错误！未定义书签。
1.3 系统工作原理 (2)1.4 本文的主要内容 (2)第二章传感器及信号调理 (3)2.1 数据采集 (3)2.1.1 数据采集技术 (3)2.1.2 数据的采样 (3)2.2 传感器 (4)2.2.1 传感器的选用 (4)2.2.2 压阻式压力传感器的基本原理 (5)2.2.3传感器存在的问题及其解决方法 (5)2.3 信号调理电路 (7)2.3.1第一级数据放大器 (7)2.3.2第二级放大器 (8)2.4 整体电路 (8)第三章液位控制回路 (11)3.1基本组件及原理特性 (11)3.1.1六反向器（74LS04） (11)3.1.2 电磁阀 (12)3.2继电器 (13)3.2.1固态继电器SSR (14)3.2.2交流型SSR的工作原理 (14)3.2.3SSR的注意事项 (16)第四章计算机液位测控系统 (19)4.1 多功能数据采集卡 (19)4.1.1数据采集卡的主要性能指标 (19)4.1.2数据采集卡(DAQ)的组成 (20)4.1.3NI USB-6008数据采集卡 (20)4.2 图形化虚拟仪器开发平台—LabVIEW (22)4.3程序模块化设计概述 (23)4.4液位测控程序设计 (24)4.4.1 系统软件需求 (24)4.4.2 LabVIEW前面版设计 (25)4.4.2 LabVIEW后面板程序设计 (26)4.5软件调试步骤及其调试 (27)第五章系统线性改进 (29)5.1 PID控制原理 (29)5.2数字PID控制算法 (31)5.3 PID控制的局限性及新方法的探求 (33)第六章全文总结 (35)参考文献 ....................................................................................错误！未定义书签。
致谢 ..........................................................................................错误！未定义书签。
毕业设计小结 (41)附录 (43)1. 74LS74推荐工作条件 (43)2. 电路板设计步骤 (44)3. NI USB-6008/6009的I/O 连接器 (44)第一章绪论1.1课题背景检测和控制是人类认识世界和改造世界的重要任务，而测控系统则是实现这些任务的工具和手段。
测控系统在国民经济各领域的应用越来越广泛，如输油输气测控系统、城市公共事业测控系统等，同时，它还涉及人类生活的方方面面，因此，测控系统是人类生活、生产、科学研究等必不可少的工具和手段。
虚拟仪器VI（Visual Instrument）正在成为当今世界流行的一种一起构成方案，它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统。
工业液位控制中, 常常用到液位控制。
在这些控制中，最重要的参数是液位，因此有必要对液位控制进行自动的、实时的监控。
液位测控是工程实践中常见的问题，在民航各领域有着广泛的应用。
液位测控系统作为测控系统中一支，在大量的书籍中都有着较为详细的介绍，本文正是在前人的探索和指导下，顺应计算机技术的迅猛发展，将二者有机的结合起来，设计出简易的液位计算机测控系统。
1.2系统组成液位测控系统结构示意图如图1-1所示。
由图1-1可见，液位测控系统主要由机械部分和计算机测控部分组成。
机械部分由水箱、水容器和进/出水阀所组成。
出水阀门和入水阀门用的是非线性的电磁阀，只有通和断两种工作状态，用来在实验过程中自动或手动向容器内加水和放水。
计算机测控部分由压力传感器、数据放大器、NI USB-6008数据采集卡、进出水阀控制板、计算机及其运行于其上的软件系统所组成。
数据采集卡用来进行A/D转换和数字信号的输入输出，计算机及运行于其上的软件系统负责实时显示和控制液位高度。
图1-1 液位测控系统结构示意图1.3 系统工作原理系统工作原理简述如下：系统使用压力传感器，把水压信号转变成为一个毫伏级的微弱电信号。
这个电信号的大小就反映了液位的高度，将这个信号进行两级放大，得到计算机采集系统可用的电压信号，通过运算还原为液位高度，在运行界面上以数字和曲线的方式直观显示出液位的变化情况。
液位控制是通过将采集的液位高度与界面上设定的液位高度进行比较，形成负反馈，由计算机发出数字信号来控制入水阀和出水阀的通断，使实际液位达到设定液位的高度。
1.4本文的主要内容根据系统设计要求，论文内容如下：第二章重点介绍液位测量部分，包括传感器、液位测量电路的结构和工作原理；第三章介绍液位控制回路相关内容；第四章介绍计算机液位测控系统，重点介绍软件程序设计，它是本文的核心部分；第五章为系统线性控制改进方案。
第二章传感器及信号调理该部分主要包括数据采集技术概述，传感器，输入信号的分析、调理。
2.1数据采集2.1.1数据采集技术在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。
它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。
各种类型信号采集的难易程度差别很大。
实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。
数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。
2.1.2 数据的采样假设现在对一个模拟信号x(t)每隔△t时间采样一次。