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NTC-I型四容水箱复杂控制系统创新实验平台

发表时间:2010-11-29  阅览:5282 次

一、平台的用途与特色

    四容水箱是一个典型的非线性、非最小相位、多变量耦合过程控制对象。采用该对象可以进行各种非线性控制、解耦控制、多变量控制和故障诊断与容错控制等实验。可以验证各种复杂的先进控制与优化算法,如模型预测控制,神经网络控制,模糊控制等。该实验平台以四容水箱作为典型对象,其结构灵活多变,用户可以根据需要自行配置水箱连通方式来组成单容水箱、两容水箱、三容水箱和四容水箱的实验平台,也可以任意设置故障点,进行故障诊断与容错控制实验。该平台采用超声波液位计作为传感单元,具有液位测量准确,量测噪声小,线性度高等优点;采用直流调压水泵作为执行单元,具有调节速度快,系统时滞小,控制准确等优点。
          产品实物图

二、图形化、组态式控制模式

    该四容水箱系统的控制单元采用自行设计开发的高性能图形化可编程控制器,它集成有多路A/D 、D/A输入输出通道,可以输入和输出±10V、 ±5V、0—5V、4-20mA等各种工业标准电压、电流信号。该控制器采用高性能CPU,运行实时操作系统,最快采样周期可达0.1ms以下,可实现各种复杂闭环控制算法。控制器程序采用图形化组态方式自动生成,控制组态软件被无缝嵌入Matlab/Simulink中,并扩展了Simulink模块库,用户可通过创建Simulink/Stateflow框图实现其控制策略,一键式自动生成可执行代码,并下载到控制器中运行。控制器支持以太网和串口通讯模式,控制程序的下载、实时数据的读写都通过网络实现传输,方便与各种上位机和控制器通讯。

三、可视化监控和网络化控制方式

  1、先进性:系统采用了先进的分段化系统结构和确定性通信调度控制策略,解决了以太网通信的不确定性问题,实现了以太网传输的实时性。
   2、完整性:系统可以实现工业企业综合自动化智能工厂系统中从底层的现场设备层到上层的控制层、管理层的通信网络平台基于以太网技术的统一,即所谓的“E(Ethernet)网到底”。
   3、可靠性:系统从硬件到软件、从数据系统到网络结构,经过长期的实践检验,具有极高的可靠性和稳定性。
   4、互可操作:系统通过EPA网络通信平台提供的实时数据通信服务,与来自不同厂商的现场智能设备和应用程序可以实现信息透明互访和互可操作。
   5、实用性:系统能充分满足现代工业企业、科研院所和高等院校对工控行业和自动化应用型人才培养过程中,对控制系统设计、工程培训和实践教学的需要。
   6、灵活性:产品可根据用户的要求灵活的增加和删减配置,既不影响系统的整体性能,又能满足各种客户对研发平台的特殊要求。
          产品实物图

四、主要技术指标

  1.传感器:超声波物位计:
   量程 0~1 m,
   盲区 <0.06 m
   发射角 6°
   最小显示分辨率 1mm
   精度 ±0.3%或±1.5mm
   2.执行器:
   水泵:
   流量 20~30升/分钟
   扬程 5米
   驱动器:
   输入电压 DC 24V(工作范围18V~36V)
   输出电压 DC 0V~24V
   输出电流 DC 10A 20A 35A
   调速比 1:80
   双闭环PI调节
   静差率 <1%
   3.控制器:
   CPU AMD Geode LX 800(500MHz)
   SDRAM 512Mb
   Flash 8Gb
   通讯接口 10/100Mbps以太网,
   RS-232/422/485
   D/A转换 4路
   A/D转换 16路;
   其中4路电流输入,12路电压输入
   4.显示屏:
   分辨率 800*600dpi
   LCD尺寸 10英寸
   亮度 350cd/m2
   响应时间 10ms

五、主要实验项目

  1.四容水箱的数据采集与驱动实验
  2.水箱对象特性时域分析实验
   3.水箱对象特性频域分析实验
  4.水箱对象模型辨识实验
   5.反馈通道的数字滤波器设计实验
  6.单容水箱数字PID控制实验
   7.双容水箱串级PID控制实验
  8.双容水箱模糊控制实验
   9.四容水箱2输入2输出预测控制实验
  10.四容水箱解耦控制实验

六、适用对象

    该平台面向本科生/研究生的教学和科研,作为能力创新平台,它提供了多种新颖的实验课程,配有完备的实验指导书和实验工程文档,包含了各种复杂控制算法的实例,如PID控制,模型预测控制,神经网络控制,模糊控制等。同时,利用该平台用户可以方便地扩展各种实验,进行深层次的科学研究,自行设计和实现各种控制策略。该系统可以作为《自动控制原理》、《计算机控制系统》、《过程控制》、《过程辨识》、《现代控制理论》、《智能控制》、自动控制课程设计、毕业设计、创新设计竞赛等课程的实验平台。

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