基于LabVIEW水箱液位实验装置远程制约系统开发与运用

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,重点先容了利用LabVIEWWeb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NICFP-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练习。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。【关键词】：LabVIEW实验装置动态查询表模糊PID远程控制
【论文提纲】：摘要3-4ABSTRACT4-8第一章绪论8-131.1课题的研究背景及意义8-91.2虚拟仪器远程控制系统的发展及现状9-111.2.1以LabVIEW为平台的虚拟仪器发展现状9-101.2.2远程虚拟仪器控制系统的发展及现状10-111.3模糊PID发展及现状11-121.4论文研究的主要内容12-13第二章水箱液位实验装置建模及参数辨识13-242.1水箱液位实验装置13-152.1.1水箱液位实验装置组成13-142.1.2水箱液位实验装置的特性14-152.2水箱液位实验装置数学模型15-162.3水箱液位实验装置模型参数辨识16-232.3.1系统辨识的基本原理16-172.3.2水箱液位实验装置参数辨识17-232.4小结23-24第三章基于LabVIEW的控制算法开发与仿真24-473.1LabVIEW开发平台24-263.2PID控制器开发与仿真26-293.3动态查询表模糊控制器的开发29-373.3.1模糊控制原理及组成29-303.3.2动态查询表模糊控制器30-313.3.3动态查询表模糊控制器研究仿真31-373.4自整定模糊PID控制器的开发与仿真37-423.4.1自整定模糊PID控制器开发37-413.4.2自整定模糊PID控制器仿真41-423.5模糊-PID复合控制器的开发与仿真42-463.5.1模糊-PID复合控制器工作原理42-433.5.2模糊-PID复合控制器的开发与仿真43-463.6小结46-47第四章网络化虚拟仪器远程控制系统的研究47-604.1网络化控制系统47-484.1.1网络化控制系统结构47-484.1.2网络化控制系统模式484.2网络化虚拟仪器远程控制技术48-594.2.1LabVIEW开发平台通讯方式49-504.2.2基于C/S模式的TCP通讯实现50-524.2.3基于C/S模式的DataSocket技术52-544.2.4基于B/S模式的远程面板技术54-564.2.5基于AppletVIEW的Web远程控制技术56-594.3小结59-60第五章远程控制系统的设计与实现60-735.1远程控制系统的整体构架60-655.1.1硬件构架60-625.1.2NICFP-2120控制器62-635.1.3软件设计63-655.2水箱液位实验装置控制算法实验65-725.2.1实验操纵65-675.2.2控制算法的应用67-715.2.3控制算法结果分析71-725.3小结72-73第六章总结与展望73-756.1总结736.2进一步的工作73-75参考文献75-80致谢80-81攻读学位期间主要的研究成果81