面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，尤其是一種控制理論和控制工程實(shí)驗(yàn)裝置，具體地說是一種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]《過程控制工程》是全國專業(yè)改革后，作為工科院校自動化專業(yè)的主干課程，其教材《過程控制工程》是國家統(tǒng)編，其課程實(shí)驗(yàn)是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，它可以培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力和動手能力。為此各院校都進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改革與建設(shè)，其方向包括兩類:一類面向純軟件仿真，該方式目前并不理想，主要是學(xué)生做實(shí)驗(yàn)真實(shí)感較差；另一類是實(shí)際構(gòu)造生產(chǎn)過程，該方式投資較大，且需較大的占地面積，同時(shí)不利于開發(fā)式實(shí)驗(yàn)。為了加強(qiáng)課程實(shí)驗(yàn)的工程特色，動態(tài)模擬化工生產(chǎn)過程控制，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，我們采取以上兩類方式結(jié)合的方案，既保證了較少的投資和減少了占地面積，也使學(xué)生具有面向?qū)嶋H生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的真實(shí)感，對于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動手能力以及解決工程實(shí)際問題的能力都能提供一個(gè)極好的平臺，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)該課程實(shí)驗(yàn)的開放式教學(xué)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有的教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置存在的效果差或投資大的問題，設(shè)計(jì)一種軟硬結(jié)合的面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0005]—種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，它包括工控機(jī)1，其特征是所述的工控機(jī)1與主調(diào)節(jié)器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件③7以及PLC_ DO模塊①9相連，PLC_ DO模塊①9與中間繼電器10相連，外干擾控件③7通過中間繼電器10的繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①13與PLC_ A0模塊③8相連，PLC_ A0模塊③8與一階慣性環(huán)節(jié)②11相連，一階慣性環(huán)節(jié)②11的一個(gè)輸出端與一階慣性環(huán)節(jié)①12相連，另一個(gè)輸出端通過中間繼電器10的繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①14與PLC_A0模塊②6相連，PLC_A0模塊②6與前饋控制器控件②5相連，一階慣性環(huán)節(jié)①12分別與模擬量輸入模塊①15及PLC_ A0模塊①4相連，PLC_ A0模塊①4與主調(diào)節(jié)器控件①3相連，模擬量輸入模塊①15輸出過渡過程曲線16至主調(diào)節(jié)器控件①3中完成輸入值的設(shè)定。
[0006]工控機(jī)1通過RS-232通訊組件2與PLC_ A0模塊①4、PLC_A0模塊②6、PLC_ A0模塊③8、PLC_ DO模塊①9通訊，主調(diào)節(jié)器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件③7通過工控機(jī)輸出設(shè)定值，所述設(shè)定值再經(jīng)PLC_ A0模塊①4、PLC_A0模塊②6和PLC_ A0模塊③8輸出。
[0007]—階慣性環(huán)節(jié)②11、一階慣性環(huán)節(jié)①12連接為雙容特性作為被控對象。
[0008]工控機(jī)操控主調(diào)節(jié)器控件①使之由“手動”工作狀態(tài)由自衡無擾動投運(yùn)至“自動”工作狀態(tài)，整定主調(diào)節(jié)器控件①PID參數(shù)，給主調(diào)節(jié)器控件①加入20%給定值階躍變化，其輸出經(jīng)PLC_ AO模塊①至一階慣性環(huán)節(jié)①，輸出至模擬量輸入模塊①得到過渡過程曲線至穩(wěn)定，通過觀察過渡過程曲線判定主調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定是否合格及如何優(yōu)化。
[0009]穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)整外干擾控件③幅值，通過PLC_ DO模塊①控制中間繼電器①使繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①閉合加入干擾，同時(shí)使繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①閉合加入前饋控制器控件②進(jìn)行前饋補(bǔ)償，通過觀察過渡過程曲線判定過補(bǔ)償還是欠補(bǔ)償還是合適補(bǔ)償，調(diào)整前饋控制器靜態(tài)增益。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果:
[0011]本實(shí)用新型構(gòu)建的以實(shí)為主、虛實(shí)結(jié)合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置既保證了較少的投資和減少了占地面積，也使學(xué)生具有面向?qū)嶋H生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的真實(shí)感，對于提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和實(shí)際動手能力以及解決工程實(shí)際問題的能力都能提供一個(gè)極好的平臺，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)該課程實(shí)驗(yàn)的開放式教學(xué)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的前饋_反饋控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)硬件結(jié)構(gòu)框圖
[0013]圖中:1_工控機(jī)實(shí)驗(yàn)界面、2-RS-232通訊組件、3_主調(diào)節(jié)器控件①、4_PLC_ A0模塊①、5-前饋控制器控件②、6-PLC_A0模塊②、7-外干擾控件③、8-PLC_ A0模塊③、9_PLC_DO模塊①、10-中間繼電器、11-一階慣性環(huán)節(jié)②、12-—階慣性環(huán)節(jié)①、13-繼電器輸出結(jié)點(diǎn)
①、14-繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①、15-模擬量輸入模塊①、16-過渡過程曲線①。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
[0015]如圖1所示。
[0016]—種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，它包括工控機(jī)URS-232通訊組件2、主調(diào)節(jié)器控件①3、PLC_ A0模塊①4、前饋控制器控件②5、PLC_A0模塊②6、外干擾控件③7、PLC_ A0模塊③8、PLC_ DO模塊①9、中間繼電器10、一階慣性環(huán)節(jié)②11、一階慣性環(huán)節(jié)①12、繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①13、繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①14、模擬量輸入模塊①15和過渡過程曲線①16。如圖1所示，工控機(jī)1與主調(diào)節(jié)器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件
③7以及PLC_ DO模塊①9相連，PLC_ DO模塊①9與中間繼電器10相連，外干擾控件③7通過中間繼電器10的繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①13與PLC_ A0模塊③8相連，PLC_ A0模塊③8與一階慣性環(huán)節(jié)②11相連，一階慣性環(huán)節(jié)②11的一個(gè)輸出端與一階慣性環(huán)節(jié)①12相連，另一個(gè)輸出端通過中間繼電器10的繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①14與PLC_A0模塊②6相連，PLC_A0模塊②6與前饋控制器控件②5相連，一階慣性環(huán)節(jié)①12分別與模擬量輸入模塊①15及PLC_ A0模塊①4相連，PLC_ A0模塊①4與主調(diào)節(jié)器控件①3相連，模擬量輸入模塊①15輸出過渡過程曲線16至主調(diào)節(jié)器控件①3中完成輸入值的設(shè)定。工控機(jī)1通過RS-232通訊組件2與PLC_ A0模塊①4、PLC_A0模塊②6、PLC_ A0模塊③8、PLC_ DO模塊①9通訊，采用PLC內(nèi)嵌的PID組件，組態(tài)設(shè)計(jì)PLC主調(diào)節(jié)器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件③7，通過工控機(jī)實(shí)驗(yàn)界面實(shí)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件③7輸出值給定，其給定值分別經(jīng)PLC_ A0模塊①4、PLC_A0模塊②6、PLC_ A0模塊③8輸出。一階慣性環(huán)節(jié)②11、一階慣性環(huán)節(jié)①12連接為雙容特性作為被控對象。
[0017]工控機(jī)1操控主調(diào)節(jié)器控件①3使之由“手動”工作狀態(tài)有自衡無擾動投運(yùn)至“自動”工作狀態(tài)，采用經(jīng)驗(yàn)法，整定主調(diào)節(jié)器控件①3PID參數(shù)，給主調(diào)節(jié)器控件①3加入20%給定值階躍變化，其輸出經(jīng)PLC_ A0模塊①4至一階慣性環(huán)節(jié)①12，輸出至模擬量輸入模塊
①15得到過渡過程曲線16至穩(wěn)定，通過觀察過渡過程曲線16判定主調(diào)節(jié)器PID參數(shù)整定是否合格及如何優(yōu)化。穩(wěn)定狀態(tài)下調(diào)整外干擾控件③7幅值，通過PLC_ DO模塊①9控制中間繼電器①10使繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①13閉合加入干擾，同時(shí)使繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①14閉合加入前饋控制器控件②5進(jìn)行前饋補(bǔ)償，通過觀察過渡過程曲線16判定過補(bǔ)償還是欠補(bǔ)償還是合適補(bǔ)償，調(diào)整前饋控制器靜態(tài)增益。
[0018]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，它包括工控機(jī)(1 )，其特征是所述的工控機(jī)(1)與主調(diào)節(jié)器控件①(3)、前饋控制器控件②(5)、外干擾控件③(7)以及PLC_DO模塊①(9 )相連，PLC_ DO模塊①(9 )與中間繼電器(10 )相連，外干擾控件③(7 )通過中間繼電器(10)的繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①(13)與PLC_ A0模塊③(8)相連，PLC_ A0模塊③(8)與一階慣性環(huán)節(jié)②(11)相連，一階慣性環(huán)節(jié)②(11)的一個(gè)輸出端與一階慣性環(huán)節(jié)①(12)相連，另一個(gè)輸出端通過中間繼電器(10)的繼電器輸出結(jié)點(diǎn)①(14)與PLC_A0模塊②(6)相連，PLC_A0模塊②(6)與前饋控制器控件②(5)相連，一階慣性環(huán)節(jié)①(12)分別與模擬量輸入模塊①(15 )及PLC_ A0模塊①(4 )相連，PLC_ A0模塊①(4 )與主調(diào)節(jié)器控件①(3 )相連，模擬量輸入模塊①(15)輸出過渡過程曲線(16)至主調(diào)節(jié)器控件①(3)中完成輸入值的設(shè)定。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:工控機(jī)(1)通過RS-232通訊組件(2 )與PLC_ A0模塊①(4 )、PLC_A0模塊②(6 )、PLC_ AO模塊③(8 )、PLC_ DO模塊①(9 )通訊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于:一階慣性環(huán)節(jié)②、一階慣性環(huán)節(jié)①連接為雙容特性作為被控對象。
【專利摘要】一種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，它包括工控機(jī)，其特征是所述的工控機(jī)與主調(diào)節(jié)器控件①、前饋控制器控件②、外干擾控件③以及PLC_DO模塊①相連，PLC_DO模塊①與中間繼電器相連，外干擾控件③與PLC_AO模塊③相連，PLC_AO模塊③與一階慣性環(huán)節(jié)②相連，一階慣性環(huán)節(jié)②的一個(gè)輸出端與一階慣性環(huán)節(jié)①相連，另一個(gè)輸出端與PLC_AO模塊②相連，PLC_AO模塊②與前饋控制器控件②相連，一階慣性環(huán)節(jié)①分別與模擬量輸入模塊①及PLC_AO模塊①相連，PLC_AO模塊①與主調(diào)節(jié)器控件①相連，模擬量輸入模塊①輸出過渡過程曲線至主調(diào)節(jié)器控件①中完成輸入值的設(shè)定。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，投資少，教學(xué)效果佳。
【IPC分類】G09B23/18
【公開號】CN205028545
【申請?zhí)枴緾N201520681570
【發(fā)明人】施云貴, 趙磊, 陳佩軍, 劉勝榮
【申請人】黃山學(xué)院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年9月6日