基于LabVIEW的水箱液位实验装置远程控制系统的开发与应用

论文摘要

为使工科学生在校期间受到良好的工程实践锻炼,创建具有实际工程环境的实验室一直是过程控制实验室建设的重要目标。结合自动化专业和测控技术与仪器专业的教学特点和实验室建设项目,以水箱液位实验装置为被控对象,开发基于LabVIEW的远程过程控制教学实验系统,是论文的主要研究内容。建立了水箱液位实验装置的数学模型,并通过最小二乘参数辨识方法获取模型参数；深入分析了传统模糊控制器的基本结构,开发了动态查询表模糊控制器克服传统模糊控制存在静态误差大的缺点；结合传统模糊控制和常规PID的优点,开发了自整定模糊PID和模糊-PID复合模糊控制器,利用LabVIEW/Simulation工具对开发的控制器进行了仿真验证。利用本文改进的算法,便于学生掌握PID参数对控制性能影响的工作原理,同时,缩短了PID参数的整定时间。研究了基于LabVIEW平台实现远程控制的几种方法,重点介绍了利用LabVIEW Web服务器和AppletVIEW工具包实现水箱液位系统的远程控制,并对两种远程控制方法进行了对比。利用NI CFP-2120控制器组建虚拟仪器远程分布式控制系统,学生可根据具体需要选择远程控制方式,提高了实验系统的灵活性和开放性。基于LabVIEW的虚拟仪器远程控制系统不仅包括仿真实验、自动控制原理实验、参数辨识实验,还为学生提供具有多种先进控制算法研究的实验。通过实验教学,学生可以充分得到生产过程控制系统组成、设计调试和参数辨识等方面的训练。同时,该实验教学系统,也改善了实验室硬件资源不足的状况,提高了实验室资源的利用率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 虚拟仪器远程控制系统的发展及现状
• 1.2.1 以LabVIEW为平台的虚拟仪器发展现状
• 1.2.2 远程虚拟仪器控制系统的发展及现状
• 1.3 模糊PID发展及现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第二章 水箱液位实验装置建模及参数辨识
• 2.1 水箱液位实验装置
• 2.1.1 水箱液位实验装置组成
• 2.1.2 水箱液位实验装置的特性
• 2.2 水箱液位实验装置数学模型
• 2.3 水箱液位实验装置模型参数辨识
• 2.3.1 系统辨识的基本原理
• 2.3.2 水箱液位实验装置参数辨识
• 2.4 小结
• 第三章 基于LabVIEW的控制算法开发与仿真
• 3.1 LabVIEW开发平台
• 3.2 PID控制器开发与仿真
• 3.3 动态查询表模糊控制器的开发
• 3.3.1 模糊控制原理及组成
• 3.3.2 动态查询表模糊控制器
• 3.3.3 动态查询表模糊控制器研究仿真
• 3.4 自整定模糊PID控制器的开发与仿真
• 3.4.1 自整定模糊PID控制器开发
• 3.4.2 自整定模糊PID控制器仿真
• 3.5 模糊-PID复合控制器的开发与仿真
• 3.5.1 模糊-PID复合控制器工作原理
• 3.5.2 模糊-PID复合控制器的开发与仿真
• 3.6 小结
• 第四章 网络化虚拟仪器远程控制系统的研究
• 4.1 网络化控制系统
• 4.1.1 网络化控制系统结构
• 4.1.2 网络化控制系统模式
• 4.2 网络化虚拟仪器远程控制技术
• 4.2.1 LabVIEW开发平台通信方式
• 4.2.2 基于C/S模式的TCP通信实现
• 4.2.3 基于C/S模式的DataSocket技术
• 4.2.4 基于B/S模式的远程面板技术
• 4.2.5 基于AppletVIEW的Web远程控制技术
• 4.3 小结
• 第五章 远程控制系统的设计与实现
• 5.1 远程控制系统的整体构架
• 5.1.1 硬件构架
• 5.1.2 NI CFP-2120控制器
• 5.1.3 软件设计
• 5.2 水箱液位实验装置控制算法实验
• 5.2.1 实验操作
• 5.2.2 控制算法的应用
• 5.2.3 控制算法结果分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果