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文本内容:
二容水箱液位控制实验实验项目性质验证性所属课程名称过程装备与控制技术及应用计划学时2学时实验一液位传感器标定实验
一、实验目的了解传感器标定的基本概念,认识液位标定在系统控制中的作用
二、实验原理本实验系统采用1000系列通用静压式液位传感器其基本原理是利用压阻效应,当被测压力作用于传感器芯体的敏感区域时,在恒流源或恒压源供电的情况下,传感器输出端会产生相应的电压信号输出,输出信号与所加压力成线性关系下面是压力传感潜连接原理图在实际使用中,由于传感器的零点与系统刻度的零点不同,以及由于传感器本身制造,水箱刻度制作及其它系统误差,一般需要对传感器进行标定在本实验中,传感器本身的线性度较好
三、实验设备1具有串口通讯通过转接方式也可以接口的计算机,Windows系统环境2DRMC-B运动控制采集卡3多变量液位控制对象4多变量液位控制系统实验软件
四、实验步骤1确保水箱有足够的纯净水,打开水箱电控箱开关2运行水箱实验软件,确保软件设备端口正确,设置好AD/DA通道等参数一般出厂已经设置好;德普施运动控制卡的最小采集周期”和“采样频率”为
1000、500003关闭各排水阀及各个水柱之间的耦合阀4在实验软件的系统设置中,将“液位标定参数”的参数”设置为〃=1,庆5手动拖动“控制量”状态条,直接控制直流电磁泵,向各个水柱注水,直到液位升至最高参见软件使用说明,然后停止输入控制量手动拖动”控制量状态条至最左边,关闭直流电磁泵6对各水柱,分别进行标定调节水柱的出水阀,使液位处于不同高度,记录液位在水柱刻度上的读数和在实验软件中的读数至少记录两组数据注意必须要保持液位稳定后,才能记录数据7将得到的两组数据分别代入data=AD_data*a+b中解方程求出a和b值其中data表示实际刻度读数,A D_data表示从软件中得到的读数8将计算的a.b值输入软件中液位传感器标定完成9改变水柱的高度,查看从刻度与从软件中读到的数据的吻合程度
五、实验报告写出液位传感器标定过程,检查经过标定的结果与刻度值的差别实验二数据采样及滤波实验
一、实验目的了解水箱过程控制A/D的采样周期的选取和数据滤波方法的选取
二、实验原理本系统中的液位传感器压力传感器可以将非电信号转换成电信号,经模拟放大后将信号xt转换成量程动态范围为0—5V的电信号,经A/D转换后得到数字信号需要输出的数字信号经D/A转换后乂可变成模拟信号AD/DA转换是使用数据采集卡来完成的A/D和D/A转换是数据采集板卡上的A/D芯片和D/A芯片配以必要的外围电路完成的字长越长则转换的精度越高电压采集单位直接位毫伏,DRMC可采集0〜10V电压,并可输出0〜12V直流电驱动电磁泵运转
1.采样周期的选取在计算机控制系统中,存在选择采样周期的问题根据信号采样的理论,采样频率至少为信号最高频率的两倍但同时数据采集卡的A/D转换速度也决定了可以使用的最高采样频率(参见数据采集卡说明书)对于过程控制系统,一般来说过程变化都比较缓慢,可以使用较大的采样间隔采样间隔(采样周期)选择的详细背景知识参见相关的计算机控制参考书
2.数据滤波方法的选择水箱系统A/D采样读入数据时,由于采样数据受到传感器噪声、AD转换误差和其他外界噪声的污染这在一定程度上影响了水箱系统的控制精度为了提高控制精度,需要对采样数据进行处理,使其最大限度地符合系统的真实输出下面介绍几种常用数据处理(滤波)方法
(1)限幅滤波法根据经验判断,确定两次采样允许的最大偏差值(设为A)在每次检测到新值时判断如果本次值与上次值之差的绝对值〈二A,则本次值有效;如果本次值与上次值之差的绝对值,A,则本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值这种方法能有效克服因偶然因素引起的脉冲干扰,但是无法抑制那种周期性的干扰,并且平滑度差
(2)中位值滤波法连续采样N次(N取奇数),将N次采样值按大小排列,取中间值为本次有效值这种方法能有效克服因偶然因素引起的波动干扰,对温度、液位的变化缓慢的被测参数有良好的滤波效果但是对流量、速度等快速变化的参数不宜
(3)算术平均滤波法连续取N个采样值进行算术平均运算当N值较大时,信号平滑度较高,但灵敏度较低;当N值较小时,信号平滑度较低,但灵敏度较高N值的选取为一般流量,N=12;压力N=4O这种方法适用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波这样信号的特点是有一个平均值,信号在某一数值范围附近上下波动但是这种方法对于测量速度较慢或要求数据计算速度较快的实时控制不适用
三、实验设备
(1)具有串口通讯(通过转接方式也可以)接口的计算机,Windows系统环2DRMC-B运动控制采集卡3多变量液位控制对象4多变量液位控制系统实验软件
四、实验步骤1调节水柱间的连通阀及各水柱的出水阀根据实验需要打开水箱电控箱开关2进入组态环境软件,打开组态工程,打开设备窗口,设置好系统参数3在设备窗口界面参见实验软件使用说明,打开设备“德普施运动控制卡”属性,用户可以更改“德普施运动控制卡”上“最小采集周期“和“采样频率”改变控制间隔和采样时间,默认值
1000、5000分别改为
2000、2000o4选择好合适的采样时间和控制间隔后,运行软件;5在软件界面选择不同的滤波方式及不同的滤波长度观察滤波效果目前只提供平均值滤波法6改变液位,观察液位数据是否与实际液位变化相一致7用户可以更改“德普施运动控制卡”上“最小采集周期“和“采样频率改变控制间隔和采样时间,观察不同采样时间和控制间隔的数据采集和控制的效果注意由于Windows系统的限制,采样时间最好不小于20rns由于实验中,一般存在的噪声信号均为高频信号,一般使用低通滤波器处理实验数据但是如果滤波器的通带小于液位信号的最大频率,则有部分有效信号会被滤波器滤去,反映在滤波处理后的信号的动态响应过程会有滞后滤波器的设计需要在尽可能滤去噪声干扰信号和尽可能保持有效信号之间进行权衡进一步的背景知识,参考有关数字信号处理方面的书籍
五、实验结论给出所选择的采样周期和控制周期给出无滤波和有滤波情况下的实验数据。