【正文】 單純的比例控制適用于擾動(dòng)不大，滯后較小，負(fù)荷變化小，要求不高，允許有一定余差存在的場(chǎng)合。實(shí)際應(yīng)用中，比例度的大小應(yīng)視具體情況而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系統(tǒng)克服擾動(dòng)，余差太大，控制質(zhì)量差，也沒(méi)有什么控制作用；比例度太小，控制作用太強(qiáng)，容易導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，引發(fā)振蕩。如比例（ P）控制、比例 積分（ PI）控制、比例 積分 微分（ PID）控制等。 控制規(guī)律的選擇 盡管不同類型的控制器，其結(jié)構(gòu)、原理各不相同，但是基本控制規(guī)律只有三個(gè)：比例（ P）控制、積分（ I）控制和微分（ D）控制。這一點(diǎn)在計(jì)算它是否會(huì)最終達(dá)到穩(wěn)定結(jié)果時(shí)很有用。一些實(shí)際中的速度緩慢的系統(tǒng)可以不需要 D 參數(shù)。這個(gè) D 參數(shù)也是 PID被稱為可預(yù)測(cè)的控制器的原因。這個(gè)導(dǎo)數(shù)的控制會(huì)對(duì)系統(tǒng)的改變作出反 應(yīng)。所以，最終這個(gè) PID回路系統(tǒng)會(huì)在預(yù)定值定下來(lái)。一個(gè)簡(jiǎn)單的比例系統(tǒng)會(huì)振蕩，會(huì)在預(yù)定值的附近來(lái)回變化，因?yàn)橄到y(tǒng)無(wú)法消除多余的糾正。 ⑵ 積分 來(lái)控制過(guò)去，誤差值是過(guò)去一段時(shí)間的誤差和，然后乘以一個(gè)負(fù)常數(shù) I，然后和 預(yù)定值相加。 P 只是在控制器的輸出和系統(tǒng)的誤差成比例的時(shí)候成立。而實(shí)際上這些加法運(yùn)算大部分變成了減法運(yùn)算因?yàn)楸患訑?shù)總是負(fù)值。 PID是以它的三種糾正算法而命名的。這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)和一個(gè)參考值進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。 PID 控制器主要適用于基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。 PID 控制理論 PID 控制器 （比例 積分 微分 控制器 ），由比例單元 P積分單元 I 和微分單元 D 組成。 +M U XC H 0 +C H 1 +C H 2 +C H 1 5 +A m p l i f i e rV mA I S E N S EA I G N D 圖 2. 7十六通道 NRSE測(cè)量系統(tǒng) 選擇合適的測(cè)量系統(tǒng) 兩種信號(hào)源和三種測(cè)量系統(tǒng)一共可以組成如表 ： 表 測(cè)量系統(tǒng)連接方式 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) 接地信號(hào) 浮動(dòng)信號(hào) DEF ☆ ☆ RSE ☆☆ NRSE ☆ ☆ 其中，推薦使用帶☆號(hào)的方式。 +M U XC H 0 +C H 1 +C H 2 +C H 1 5 +A m p l i f i e rV mA I G N D 圖 2. 6十六通道 RSE測(cè)量系統(tǒng) 3）無(wú)參考地單端測(cè)量系統(tǒng) (NRSE) 在 NRSE 測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)的一端接模擬輸入通道，另一端接一個(gè)公用參考端，但這個(gè)參考端電壓相對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)的地來(lái)說(shuō)是不斷變化的。 +M U XC H 0 +C H 1 +C H 2 +C H 7 +M U XC H 0 +C H 1 +C H 2 +C H 7 +A m p l i f i e rV mA I G N D 圖 2. 5 八通道差分測(cè)量系統(tǒng) 2）參考地單端測(cè)量系統(tǒng) (RSE) 一個(gè) RSE測(cè)量系統(tǒng)，也叫做接地測(cè)量系統(tǒng)，被測(cè)信號(hào)的一端接模擬輸入通道，另一 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 12 頁(yè) 端連接系統(tǒng)地 AIGND。共模電壓的范圍關(guān)系到一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的性能，可以用不同的方式來(lái)消除共模電壓的影響。 一個(gè)理想的差分測(cè)量系統(tǒng)僅能測(cè)出 (+)和 ()輸入端口之間的電位差，完全不會(huì)測(cè)量到共模電壓。圖 8通道的差分測(cè)量系統(tǒng)，用一個(gè)放大器通過(guò)模擬多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通道間的轉(zhuǎn)換。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 11 頁(yè) ⒈測(cè)量系統(tǒng)分類 1）差分測(cè)量系統(tǒng) (DEF) 差分測(cè)量系統(tǒng)中，信號(hào)輸入端與一個(gè)模擬入通道相連接。信號(hào)調(diào)理 的通用功能如下： ① 放大 ② 隔離 ③ 濾波 ④ 激勵(lì) ⑤ 線性化 ⑥ 數(shù)字信號(hào)調(diào)理 輸入信號(hào)的連接方式 一個(gè)電壓信號(hào)可以分為接地和浮動(dòng)兩種類型。 信號(hào)調(diào)理 從傳感器得到的信號(hào)大多要經(jīng)過(guò)調(diào)理才能進(jìn)入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，信號(hào)調(diào)理功能包括放大、隔離、濾波、激勵(lì)、線性化等。 傳感器 傳感器部分是跟外界溝通的門戶，負(fù)責(zé)把外界的各種物理信息，如光、壓力、溫度、聲音等物理信號(hào)變成電信號(hào)。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁(yè) 采集系統(tǒng)的一般組成 B u f f e r( F I F O )驅(qū)動(dòng)程序L a b v i e w程 序信 號(hào)D A Q 板 卡A / D外 觸 發(fā)內(nèi) 存B u f f e r硬 件顯 示 圖 2. 4 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖 圖 表示了數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集 (A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。這種信號(hào)畸變叫做混疊。圖 和圖 顯示了一個(gè)信號(hào)分別用合適的采樣率和過(guò)低的采樣率進(jìn)行采樣的結(jié)果。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采 樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào) x(t)的頻率。 圖 2. 1模擬信號(hào)采樣圖 如果對(duì)信號(hào) x(t)采集 N 個(gè)采樣點(diǎn)，那么 x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，?， x[N－ l]} 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 9 頁(yè) 這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào) x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。這樣信號(hào) x(t)可以用一組分散的采樣值來(lái)表示： {x(0)， x(△ t)， x(2△ t)， x(3△ t)，?， x(k△ t)，? } 圖 顯示了一個(gè)模擬信號(hào)和它采樣后的采樣值。 t＝ 0，△ t， 2△ t， 3△ t??等等， x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。時(shí)間間隔△ t被稱為采樣間隔或者采樣周期。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意， 還有更多的實(shí)際的問(wèn)題要解決。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。 ③ 態(tài)顯示采集信號(hào)并保存一定時(shí)段的液位采集數(shù)據(jù)和控制信號(hào)。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計(jì)的靈活性提供了前提。 ② 一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)都是一個(gè)完整的功能模塊，這樣把測(cè)試功能細(xì)節(jié)化，便于實(shí)現(xiàn)軟件復(fù)用，大大節(jié)省軟件研發(fā)周期，提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾方面： ① 把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)思路清晰，給設(shè)計(jì)者調(diào)試程 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁(yè) 序帶來(lái)了諸多的方便。而在 Labview中提供的圖標(biāo) /連接工具正是為實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)而準(zhǔn)備的。 3）圖標(biāo) /連接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計(jì)的思想。如通過(guò)使用數(shù)據(jù)探針、高亮執(zhí)行調(diào)試等多種方法，程序以較慢的速度運(yùn)行，使沒(méi)有執(zhí)行的代碼顯示灰色，執(zhí)行后的代碼會(huì)高亮顯示，同時(shí)在線顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，完全跟蹤數(shù)據(jù)流的運(yùn)行。這種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩方面： ① 類似流程圖的設(shè)計(jì)思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別 是那些沒(méi)有很多程序設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的工程人員。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。 2）流程圖：流程圖提供 VI的圖形化源程序。 1）前面板：前面板是圖形用戶界面，也就是 VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開(kāi)關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。像許多通用的軟件一樣， Labview提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh OS 等多種版本[12]。因此， Labview 受到越來(lái)越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。 目前，在以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)試和工控軟件中， Labview 的市場(chǎng)普及率僅次于 C++/C語(yǔ)言。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/PI、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。 圖形化虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái) —— Labview Labview(Laboratory Visual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件 。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁(yè) LabWindows/CVI 是 為熟悉 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在 Windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC開(kāi)發(fā)環(huán)境。除了通用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以外，還有一些專用的虛擬儀器開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和軟件，其中有影響的開(kāi)發(fā)軟件有： NI 公司的Labview， LabWindows/CVI。 虛擬儀器的開(kāi)發(fā)軟件 虛擬儀器的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言 虛擬儀器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言有：標(biāo)準(zhǔn) C， Visual C++ ， Visual Basic 等通用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。本文正是在虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的采集，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、記錄、分析處理。隨著虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期更短，費(fèi)用更低，測(cè)量速度、準(zhǔn)確度及可復(fù)用性提高，且更便于相應(yīng)儀器系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展 [3]。這些以 PC為核心、由測(cè)量功能軟件支持，具有虛擬控制面板、必要儀器硬件和通信能力的 PC 儀器或 VXI 儀器就是虛擬儀器。制定 PXI規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)和 PCI 總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展結(jié)合起來(lái)，以期形成一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。 1987 年，美國(guó)的惠普和泰 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 克等 5家公司在 VME 總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合提出了一種新型總線系統(tǒng) VXI(VME eXtension For Instrumentation)總線，即 由微機(jī)總線 VME 擴(kuò)展而成的微機(jī)化儀器專用總線。 雖然許多廠家通過(guò)定義新的儀器總線，不斷對(duì)卡式儀器進(jìn)行改進(jìn)，但其大多是在微機(jī)內(nèi)總線的插槽上進(jìn)行開(kāi)發(fā)，沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且各廠家生產(chǎn)的插卡尺寸大小不一，設(shè)備兼容性較差。 PC 總線儀器系統(tǒng)是卡式儀器的一種，它是利用 PC機(jī)內(nèi)部的總線，把若 干塊儀器卡插在 PC 機(jī)內(nèi)部或外部擴(kuò)展機(jī)箱內(nèi)而組成的。伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器。人們發(fā)明制造出 CAMAC、 RS232 和 GPIB 等多種儀器通訊接口總線，用于將多臺(tái)智能儀器連在一起，以構(gòu)成更復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)。 但是在數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒(méi)有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨(dú)立使用、手動(dòng)操作的模式，難以勝任更復(fù)雜、多任務(wù)的測(cè)量需求。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動(dòng)。伴隨微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器也不斷進(jìn)步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。這時(shí)電子控制集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)始融為一體成為測(cè)量?jī)x器的主要特征。模 擬儀器主要有模擬式電壓表、電流表等，這些儀表解決了當(dāng)時(shí)對(duì)某些量的測(cè)量的需求。有一種較普遍地說(shuō)法將測(cè)量?jī)x器的發(fā)展分為五個(gè)階段，如圖 。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 虛擬儀器是微電子、通 信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。自從 1986 年美國(guó)國(guó)家儀器公司 (National Instruments Corp，簡(jiǎn)稱 NI)提出虛擬儀器的概念以后，虛擬儀器由于其性價(jià)比、開(kāi)放性等優(yōu)勢(shì)迅速地占領(lǐng)了市場(chǎng)。而虛擬儀器系統(tǒng)利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁(yè) 方面的限制，用戶可以自由定義，自由組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、 硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件，可以方便的對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展、升級(jí)，因此“ Soft is Instruments (軟件 就是儀器 )的觀念正逐步被人們接受 [3]。虛擬儀器在國(guó)外已經(jīng)比較成熟了，由于其很強(qiáng)的靈活性，使得該技術(shù)適用于現(xiàn)代復(fù)雜的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)中。所以 , 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)、自動(dòng)的液位控制監(jiān)控系統(tǒng)，并充分引入虛擬儀器的概念 , 使所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、概念簡(jiǎn)單。其弊端是定時(shí)查看缺乏實(shí)時(shí)性 , 不能對(duì)系統(tǒng)中的突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)地處理 。在這些控制中，最重要的參數(shù)是液位，因此有必要對(duì)液位控制進(jìn)行自動(dòng)的、 實(shí)時(shí)的監(jiān)控。虛擬儀器 VI（ Visual Instrument）正在成為當(dāng)今世界流行的一種一起構(gòu)成方案，它把計(jì)算機(jī)平臺(tái)與具有標(biāo)準(zhǔn)接口的硬件模塊及開(kāi)發(fā)測(cè)試軟件結(jié)合起來(lái)構(gòu)成系統(tǒng) [1]。