计算机控制实验报告

《计算机控制技术仿真实验》

实验报告

姓名：

学号：

班级：

专业：电气工程及其自动化

学院：电气与工程信息学院

2019年11月30日

目录

实验1：数字PID控制器设计 (1)

一、任务描述 (1)

二、设计过程 (1)

2.1 创建画面 (1)

2.2 数据库组态 (2)

2.3 动画连接 (2)

2.4 脚本设计 (3)

三、运行结果分析 (6)

3.1 调试过程 (6)

3.2 运行结果 (7)

实验2：基于Smith预估器的纯滞后控制系统设计 (7)

一、任务描述 (7)

二、脚本修改 (7)

2.2 具有纯滞后补偿的数字控制器算法设计 (9)

三、运行结果分析 (12)

3.1 调试过程 (12)

3.2 运行结果 (13)

实验3：综合控制系统设计 (14)

一、任务描述 (14)

二、设计过程 (14)

2.1 创建画面 (14)

2.2设备组态 (14)

2.3 数据库组态 (15)

2.4 动画连接 (15)

三、运行结果分析 (16)

3.1 调试过程 (16)

3.2运行结果 (16)

实验1：数字PID控制器设计

一、任务描述

本实验创建一个液位调节阀控制的范例，主要目的是学习使用力控的脚本来完成自定义功能。

系统采用PI控制算法，对单容水箱液位进行控制，由于没有连接真实控制对象，所以使用仿真算法获得对象特性。

运行范例时，需要合上开关，打开出水阀门，然后设置值。这样才能看到变化。系统默认状态：开关关闭的，出口阀门打开的。

系统简介：一个锅炉热水系统，要求给水泵给锅炉供水，通过调节阀控制。水泵上有一个上水开关。同时锅炉向外供水，是一个自由开口。

控制要求：要求控制锅炉液位到一个指定的高度。

控制策略：使用Pl控制。

二、设计过程

2.1 创建画面

（1）图库的“罐”中找出一个合适的锅炉容器；在“管道”组中选择管道，在“阀门”中选择调节阀和出水阀门，在“泵”中选择一个水泵；

（2）在“开关”中选择一个电源开关；

（3）操作面板可以根据图库里的进行修改，或自己绘制一个，从工具箱中拖放一个实时趋势；

（4）制作画面需要显示的文本；

（5）PI控制器是自己制作的一个单元。首先绘制一个面板，插入垂直标尺线，插入黑色文本框。绘制两个色条，分别连接到标记PID_P和PID_I，绘制两个文本，分别连接到PID_P和PID_I。

选择所有这些图形，然后右击，选择“选择”菜单下“打成智能单元”。

完成界面如图1-1所示：

图1-1 液位调节阀控制画面图

2.2 数据库组态

在“中间变量”里定义如下内存变量：

图1-2 中间变量设置

2.3 动画连接

在界面上建立连接。

1) 游标，连接FV101变量，用于手动设置FV101，以便查看仿真系统是否

正常。

2) 为水泵开关，连接到PumpPower，控制水泵的开关。

3) 为两个流量计旁边的文本分别连接到FT101、FT102上。

4) 为出口阀门进行动画连接，双击出口阀门，在“阀门向导”里的“表达式”里填上点F101。

5) 溢出上面的长方形，设定“颜色相关动作”的“闪烁”，如图1-3设置：

2.4 脚本设计

2.4.1 仿真程序脚本

整个程序放在应用程序脚本中。启动时，设置各个参数的初始值，在进入程序中输入：

FT101=0；

FT102=0；

在运行期间，按照1000毫秒的周期运行。

对于调节阀，其整个开度从0到100所需要的时间为20秒，那么每步最大变动5。如果调节阀控制量为FV101，真实开度为FV101R，则在程序运行周期执行中输入：

IF FV101>FV101R THEN

FV101R=FV101R+5;

IF FV101R>FV101 THEN

FV101R=FV101;

ENDIF

ENDIF

IF FV101

FV101R=FV101R-5;

IF FV101R>FV101 THEN

FV101R=FV101;

ENDIF

ENDIF

//系统流量特性的仿真程序如下：IF PumpPower==1 THEN

FT101=FV101R;

ELSE

FT101=0;

ENDIF

//输出流量特性：

IF F101==1 THEN

FT102=10*Sqrt(LT101);

ELSE

FT102=0;

ENDIF

//锅炉液位高度特性

LT101=(FT101-FT102)/50+LT101; IF LT101<0 THEN

LT101=0;

ENDIF

IF LT101>100 THEN

OVER=1;

LT101=100;

ELSE OVER=0;

ENDIF

运行范例，合上开关，打开出口阀门。然后通过游标设定调节阀的开度，可以看到各个流量在增加，液位不断按照指数上升，最终上升到一个稳定高度。此时输入流量等于输出流量。

2.4.2 PI控制算法

在这里使用DDC的控制算法，具体的控制算法的理论依据可以参考《过程控制》（金以慧主编，清华大学出版社，第197页）。

这里按照增量算法，PI调节器输出等于上一次输出加上本次增量，在“应用程序动作”—》“程序运行周期执行”中输入：

e_k=SP-LT101;

FV101=PID_P*e_k;

IF FV101>100 THEN

FV101=100;

ENDIF

//显示期间，按照1000毫秒的时间间隔，积分时间单位也是毫秒

IF PID_I==0 THEN

PID_I==1;

ENDIF

FV101=FV101+PID_P*(SP-LT101-e_k)+1000/PID_I*(SP-LT101);

IF FV101<0 THEN FV101=0;

ENDIF

IF FV101>100 THEN

FV101=100;

ENDIF e_k=SP-LT101;