【正文】 100%，其對應的輸入信號為 4mA20mA，而數據采集卡的輸出為 1V5V, 1V5V與 4mA20mA之間的變換可以用設備上的調節(jié)器來進行轉化，這里當電壓為 1V 時對應的電流為 4mA,其間為線性變換。圖 是帶死區(qū) PID 算法的程序。具體程序見圖 。圖 4. 1系統(tǒng)監(jiān)控界面 實驗 步驟 及其 調試 結果 根據 本設計要求 ，在實驗設備上連線，按要 求組成單回路水箱液位控制系統(tǒng)。 最后將滿足要求的曲線保存。非常清楚的表達了采集波形的動態(tài)曲線。 圖 4. 4歷史數據表格顯示界面 圖 4. 5 歷史數據表格顯示界面 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 34 頁 第五章 總 結 在這兩個多月的畢業(yè)設計中，我用在課堂上所學到的知識親自去設計、安裝、調試一個完整的自動控制系統(tǒng)，雖然只是部分地實現(xiàn)了所給定的功能要求，但我覺得收獲還是很多的，可以從以下幾個方面來說： 1. 在整個設計中我學會了在復雜的問題面前怎樣去分析，找到問題的關鍵所在，而且認識到這種能力的重要性。在程序編寫的過程中，遇到了很多問題，特別是在開始階段，由于不熟悉 Labview 軟件和編程原則，我犯了很多錯誤，在單通道的輸入輸出程序編寫中 ，由于對基本的條件結構不熟悉，調試了很多遍，最后在同學的幫助下才順利完成了數據采集與輸出任務。比如說，由于 實驗條件的限制， 在控制過程中由于電壓源的擾動特別大，輸出的數據波動特別大，經過分析我在電阻兩端并聯(lián)了一個電容，使外部擾動大大減小，很好的完成了實驗，實 現(xiàn)了設計要求 。我學過《測控系統(tǒng)原理與設計》和《控制儀表與計算機控制裝置》，該系統(tǒng)設計的原理都可以在所學的課程中找到，但實際操作中還有點模糊。這都說明了在實際現(xiàn)場條件所遇到的問題是多種多樣的，不同的環(huán)境有不同的特殊性，要具體問題具體分析。 3．這次畢業(yè)設計也讓我體會到了現(xiàn)場環(huán)境特殊性。 ，所涉及的硬件部分都有現(xiàn)成的。 圖 4. 3帶死區(qū) PID運行曲線 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 33 頁 歷史數據讀取 對采集數據的保存是本設計的一個突出特點，數據保存有著實際的意義，這樣便于以后訪問歷史數據，還可以實現(xiàn)數據的遠程訪問。 Labview 提供了非常豐富的圖形界面來進行前面板的設計，波形圖表能非常清晰的實時顯示采集的液位波形。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 32 頁 合上兩個空氣開關，為設備通電，按下啟動按鈕，水箱開始注水，設定水箱水位的滿值 為 380mm 和零值 為 0mm，根據此值對差動變壓器進行零點調整和滿刻度調整，為以后差動變壓器的使用做準備。具體程序見圖 。 本設計添加了控制過程的手動 /自動切換功能 ，通過調節(jié)前面板的 手動 /自動 按鈕就可進行手動與自動之間的切換，是控制過程更加方便，使界面更友好。具體程序見圖 。（ 380247。 ABAB CAF l a g = ?BAF l a g = ?B C( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 圖 3. 1模塊結構增加判斷層次 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 26 頁 本設計的軟件系統(tǒng)模塊劃分 系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標準，其 中 包括數據采集，數據實時顯示，數據保存，歷史數據的讀取等功能。模塊的出口可以有多個，但均應具有明確的邏輯含義。 5）模塊接口應保持簡明 降低模塊接口的復雜性，是模塊設計中必須考慮的問題。 3）模塊的作用范圍應處在模塊的控制范圍之內 模塊的作用范圍是指模塊內判定影響的范圍。對抽象算法做進一步求精，進入下一層抽象。由于選用 專用的開發(fā)軟件，必須具有一定的儀器以及數據采集設備配合使用。具體框圖見圖 基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng) 信號流圖 。被調參數是 1水箱的液位 H，調節(jié)參數是流入4水箱的水流量 Q，水箱液位由液位變送器檢測得到液位反饋信號 Hf(1V5V電信號 )，將其通過數據采集卡輸入 PC機，它和液位設定信號的轉換電壓值 Hs 進行比較，得到偏差信號 Hi，調節(jié)器對輸入偏差 Hi進行 PID 運算，輸出變化量 u 控制信號，控制電子調節(jié)閥門 的閥位，改變調節(jié)參數 Q，使被調參數 H保持在設定值。液位變送器為 LSRY 或 LSRT，水箱量程為 0~380mmH2O，變送輸出 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 21 頁 為 4~20mA，通過接入 R=250 歐的電阻，使其輸入到數據采集卡的信號為 1V— 5V。其中 :1， 2孔為測量值輸入， 11， 12外部供壓信號， 27， 28孔為調節(jié)器輸出。本實驗要求根據圖 ,正確開關手動截止閥將 1~2中任意一組水 箱的其中一個液位作為被控參數。 PC 機 虛擬儀器就是用通用計算機強大的數據處理能力代替以往需要硬件電 路才能完成的功能，所以液位控制系統(tǒng)軟件運行的計算機平臺的選擇至關重要。其先進的電路設計使得它具有更高的質量和更多的功能。將模擬的輸入信號轉化為數字量輸出，完成信號幅值的量化。通常中的放大器都是增益可調的，使用者可根據需要來選擇不同的增益倍數。 數據采集卡 (DAQ 卡 )的組成 1）多路開關。如果增加到十二位，代碼數從 8增加到 212=4096，這樣就可以獲得就能獲得十分精確的模擬信號數字化表示。但是處 于成本的考慮，現(xiàn)在普遍流行的是各個數據通道公用一套 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 18 頁 放大器和 A/D 轉換器。 數據采集卡的主要性能指標 1）采樣頻率 采樣頻率的高低，決定了在一定時間內獲取原始信號信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號，不產生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。 當偏差階躍出現(xiàn)時，微分立即大幅度動作，抑制偏差的這種躍變；比例也同時起消除偏差的作用，使偏差幅度減小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制規(guī)律，因此可使系統(tǒng)比較穩(wěn)定；而積分作用慢慢把余差克服掉。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 17 頁 比例和微分作用結合，比單純的比例作用更快。當微分時間為 0時，就沒有微分控制作用了。微分控制器輸出的大小取決于輸入偏差變化的速度。 ③ 比例微分（ PD）控制 比例積分控制對于時間滯后的被控對象使用不夠理想。比例積分控制器是目前應用最為廣泛的一種控制器，多用于工業(yè)生產中液位、壓力、流量等控制系統(tǒng)。因為積分輸出的累積是漸進的，其產生的控制作用總是落后于偏差的變化，不能及時有效地克服干擾 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 16 頁 的影響，難以使控制系統(tǒng)穩(wěn)定下來。積分控制規(guī)律又稱無差控制規(guī)律。這里的 “ 積分 ” 指的是“ 積累 ” 的意思。只要有偏差產生，控制器立即產生控制作用。 對于反應靈敏、放大能力強的被控對象，為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，應當使比例度稍大些；而對于反應遲鈍，放大能力又較弱的被控對象，比例度可選小一些，以提高整個系統(tǒng)的靈敏度，也可以相應減小余差。這幾種控制規(guī)律可以單獨使用，但是更多場合是組合使用。 用更專業(yè)的話來講，一個 PID 控制器可以被稱作一個在 頻域 系統(tǒng)的 濾波器 。導數的結果越大，那么控制系統(tǒng)就對輸出結果作出更快速的反應。通過加上一個負的平均誤差比例值，平均的系統(tǒng)誤差值就會總是減少。這種控制器輸出的變化與輸入控制器的偏差成比例關系。這三種算法都是用 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 14 頁 加法調整被控制的數值。 PID 控制器是一個在工業(yè)控制應用中常見的 反饋 回路部件。從上表可以看出，浮動信號和差分連接方式的系統(tǒng)較好，但實際測量時還要看情況而定，本 設計采用的是差分方式進行連接。圖 16 通道的 RSE 測量系統(tǒng)。然而，實際應用的板卡卻限制了差分測量系統(tǒng)抵抗共模電壓的能力，數據采集卡的共模電壓的范圍限制了相對與測量系統(tǒng)地的輸入電壓的波動范圍。具有放大器的數據采集卡可配置成差分測量系統(tǒng)。由于不同傳感器有不同的特性，除了這些通用功能外，還要根據具體傳感器的特性和要求來設 計 特殊的信號調理功能。在數據采集之前，程序將對采集板卡初始化，板卡上和內存中的 Buffer 是數據采 集存儲的中間環(huán)節(jié)。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號的頻率和最靠近的采樣率整數倍 的差的絕對值。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。這個數列中僅僅用下標變量編制索引，而不含有任何關于采樣率 (或△ t)的信息。所有 x(0)， x(△ t)， x(2△ t)都是采樣值。 假設現(xiàn)在對一個模擬信號 x(t)每隔△ t時間采樣一次。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。 本設計所做的工作 ① 完成對液位信號的采集 ； ② 實現(xiàn)對一個液位控 制 的 單回路 PID 控制算法或串級 PID 算法，并通過 數據采集卡輸出控制信號 。同時也對于將來系統(tǒng)的維護提供了便利。在設計大型自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復雜系統(tǒng)的設計是相當有難度的。 ② 設計的思路和運行過程清晰而且直觀。在流程圖中對 VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 基于 Labview 平臺的虛擬儀器程序設計 所有的 Labview 應用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標 /連結器 (Icon/Connector)三部分。 Labview 具有一系列無與倫比的優(yōu)點：首先， Labview 作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運用的設備圖標與科學家、工程師們習慣的大部分圖標基本一致 ，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時， Labview 提供了豐富的 VI庫和儀器面板素材庫，近 600 種設備的驅動程序 (可擴充 )如 GPIB 設備控制、 VXI總線控制、串行口設備控制、以及數據分析、顯示和存儲；并且 Labview 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設置斷點，調試過程中可以使用數據探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數據的傳輸過程，更加便于程序的調試。 Labview 集成了 與滿足 GPIB、 VXI、 RS232和 RS485 協(xié)議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。 Labview 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢和新方向，并且是信息技 術的重要領域擴充，對科學技術的發(fā)展和工業(yè)生產將產生不可估量的影響。虛擬儀器技術的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設計儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實際需 求。 1997年美國 NI 公司推出了一種新的儀器總線標準 PXI總線標準。插卡總線機箱與 PC 機間的通信，可利用 RS23 GPIB 接口總線或以太網電纜等進行。 1982年美國西北儀器公司總裁德隨著電子技術、微計算機技術的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。七十年代初第一片微處理器問世，微型計算機技術從此發(fā)展迅猛，在其影響下測量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進步。 模 擬 儀 器 虛 擬 儀 器智 能 儀 器數 字 儀 器電 子 儀 器1 9 世 紀 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀五 十 年 代 圖 1. 1 測量技術的發(fā)展 從十九世紀初到二十世紀末，測量儀器經歷了模擬儀器、電子儀器、數字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。虛擬儀器技術最核心的思想，就是利用計算機的硬 /軟件資源，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能與靈活性 [4]。近幾年，虛擬儀器技術在國內的發(fā)展勢也越來越受到重視 [3] 。 不能排除人為發(fā)生錯誤的因素 , 如記錄時的誤讀和誤記等 [2]。工業(yè)液位控制中 , 常常用到液位控制。實踐證明虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解決方案，能夠高效的實現(xiàn)各種測控任務。虛擬儀器系統(tǒng)利用了計算機系統(tǒng)的強大功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數據采集、處理、顯示、存儲等方面的限制，用戶可以自由定義，自由組合計算機平臺、 硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件，可以方便的對其進行維護、擴展、升級，因此 “ Soft is Instruments (軟件就是儀器 )的觀念正逐步被人們接受。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印 件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計）