面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種教學實驗裝置，尤其是一種控制理論和控制工程實驗裝置，具體地說是一種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置。
【背景技術】
[0002]《過程控制工程》是全國專業改革后，作為工科院校自動化專業的主干課程，其教材《過程控制工程》是國家統編，其課程實驗是教學的重要環節，它可以培養學生的理論聯系實際能力和動手能力。為此各院校都進行了相應的實驗改革與建設，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，主要是學生做實驗真實感較差；另一類是實際構造生產過程，該方式投資較大，且需較大的占地面積，同時不利于開發式實驗。為了加強課程實驗的工程特色，動態模擬化工生產過程控制，培養學生的工程實踐能力，我們采取以上兩類方式結合的方案，既保證了較少的投資和減少了占地面積，也使學生具有面向實際生產過程計算機控制系統的真實感，對于提高學生理論聯系實際的能力和實際動手能力以及解決工程實際問題的能力都能提供一個極好的平臺，同時有利于實現該課程實驗的開放式教學。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是針對現有的教學實驗裝置存在的效果差或投資大的問題，設計一種軟硬結合的面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置。
[0004]本實用新型的技術方案是:
[0005]—種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置，它包括工控機1，其特征是所述的工控機1與主調節器控件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的繼電器輸出結點①13與PLC_ A0模塊③8相連，PLC_ A0模塊③8與一階慣性環節②11相連，一階慣性環節②11的一個輸出端與一階慣性環節①12相連，另一個輸出端通過中間繼電器10的繼電器輸出結點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，一階慣性環節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與主調節器控件①3相連，模擬量輸入模塊①15輸出過渡過程曲線16至主調節器控件①3中完成輸入值的設定。
[0006]工控機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，主調節器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件③7通過工控機輸出設定值，所述設定值再經PLC_ A0模塊①4、PLC_A0模塊②6和PLC_ A0模塊③8輸出。
[0007]—階慣性環節②11、一階慣性環節①12連接為雙容特性作為被控對象。
[0008]工控機操控主調節器控件①使之由“手動”工作狀態由自衡無擾動投運至“自動”工作狀態，整定主調節器控件①PID參數，給主調節器控件①加入20%給定值階躍變化，其輸出經PLC_ AO模塊①至一階慣性環節①，輸出至模擬量輸入模塊①得到過渡過程曲線至穩定，通過觀察過渡過程曲線判定主調節器PID參數整定是否合格及如何優化。
[0009]穩定狀態下調整外干擾控件③幅值，通過PLC_ DO模塊①控制中間繼電器①使繼電器輸出結點①閉合加入干擾，同時使繼電器輸出結點①閉合加入前饋控制器控件②進行前饋補償，通過觀察過渡過程曲線判定過補償還是欠補償還是合適補償，調整前饋控制器靜態增益。
[0010]本實用新型的有益效果:
[0011]本實用新型構建的以實為主、虛實結合的虛擬仿真實驗教學裝置既保證了較少的投資和減少了占地面積，也使學生具有面向實際生產過程計算機控制系統的真實感，對于提高學生理論聯系實際的能力和實際動手能力以及解決工程實際問題的能力都能提供一個極好的平臺，同時有利于實現該課程實驗的開放式教學。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的前饋_反饋控制系統計算機監控實驗硬件結構框圖
[0013]圖中:1_工控機實驗界面、2-RS-232通訊組件、3_主調節器控件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、11-一階慣性環節②、12-—階慣性環節①、13-繼電器輸出結點
①、14-繼電器輸出結點①、15-模擬量輸入模塊①、16-過渡過程曲線①。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0015]如圖1所示。
[0016]—種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置，它包括工控機URS-232通訊組件2、主調節器控件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、一階慣性環節②11、一階慣性環節①12、繼電器輸出結點①13、繼電器輸出結點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1與主調節器控件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的繼電器輸出結點①13與PLC_ A0模塊③8相連，PLC_ A0模塊③8與一階慣性環節②11相連，一階慣性環節②11的一個輸出端與一階慣性環節①12相連，另一個輸出端通過中間繼電器10的繼電器輸出結點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，一階慣性環節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與主調節器控件①3相連，模擬量輸入模塊①15輸出過渡過程曲線16至主調節器控件①3中完成輸入值的設定。工控機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內嵌的PID組件，組態設計PLC主調節器控件①3、前饋控制器控件②5、外干擾控件③7，通過工控機實驗界面實現主調節器控件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PLC_ A0模塊①4、PLC_A0模塊②6、PLC_ A0模塊③8輸出。一階慣性環節②11、一階慣性環節①12連接為雙容特性作為被控對象。
[0017]工控機1操控主調節器控件①3使之由“手動”工作狀態有自衡無擾動投運至“自動”工作狀態，采用經驗法，整定主調節器控件①3PID參數，給主調節器控件①3加入20%給定值階躍變化，其輸出經PLC_ A0模塊①4至一階慣性環節①12，輸出至模擬量輸入模塊
①15得到過渡過程曲線16至穩定，通過觀察過渡過程曲線16判定主調節器PID參數整定是否合格及如何優化。穩定狀態下調整外干擾控件③7幅值，通過PLC_ DO模塊①9控制中間繼電器①10使繼電器輸出結點①13閉合加入干擾，同時使繼電器輸出結點①14閉合加入前饋控制器控件②5進行前饋補償，通過觀察過渡過程曲線16判定過補償還是欠補償還是合適補償，調整前饋控制器靜態增益。
[0018]本實用新型未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【主權項】
1.一種面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置，它包括工控機(1 )，其特征是所述的工控機(1)與主調節器控件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)的繼電器輸出結點①(13)與PLC_ A0模塊③(8)相連，PLC_ A0模塊③(8)與一階慣性環節②(11)相連，一階慣性環節②(11)的一個輸出端與一階慣性環節①(12)相連，另一個輸出端通過中間繼電器(10)的繼電器輸出結點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，一階慣性環節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 )與主調節器控件①(3 )相連，模擬量輸入模塊①(15)輸出過渡過程曲線(16)至主調節器控件①(3)中完成輸入值的設定。2.根據權利要求1所述的面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置，其特征在于:工控機(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.根據權利要求1所述的面向虛擬對象前饋_反饋控制系統的實驗裝置，其特征在于:一階慣性環節②、一階慣性環節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_反饋控制系統的實驗裝置，它包括工控機，其特征是所述的工控機與主調節器控件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與一階慣性環節②相連，一階慣性環節②的一個輸出端與一階慣性環節①相連，另一個輸出端與PLC_AO模塊②相連，PLC_AO模塊②與前饋控制器控件②相連，一階慣性環節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與主調節器控件①相連，模擬量輸入模塊①輸出過渡過程曲線至主調節器控件①中完成輸入值的設定。本實用新型結構簡單，投資少，教學效果佳。
【IPC分類】G09B23/18
【公開號】CN205028545
【申請號】CN201520681570
【發明人】施云貴, 趙磊, 陳佩軍, 劉勝榮
【申請人】黃山學院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年9月6日