基于LabVIEW的双容水箱控制系统研究

【摘要】：研究双容水箱液位控制系统的目的是通过模拟工业中液位控制的工艺原理,进而验证遗传算法辨识系统的准确性以及PID控制策略在该系统的应用效果。本文以自主研发设计的双容水箱液位控制系统为实际被控对象,利用遗传算法辨识系统参数,求出系统模型的传递函数,以此为基础对系统的控制性能进行实验和分析。通过对仿真实验结果和模型输出结果的分析比较,充分说明了该实验系统稳定可靠,具有一定的理论研究价值和二次开发价值。全篇通过硬件设计、软件开发、仿真实验和模型输出实验四个方面进行阐述。首先,对系统模型实施初步设计,包括硬件选型、水箱结构图设计、电气图设计、水箱系统组装;其次是软件开发部分,包括LabVIEW软件方面前期的信号采集、输出程序的开发,中期PID控制程序的开发以及后期服务器远程监控的配置,在MATLAB中编写遗传算法辨识系统模型程序和搭建PID控制程序;接下来是仿真实验部分,仿真实验首先将开环实验得到的模型数据送到MATLAB中开展辨识工作,需要辨识的参数为增益K和时间常数T_1、T_2,由此得到双容水箱系统的传递函数,再将求取的模型传递函数送到编写完成的PID控制程序中做仿真测试;最后是模型输出实验方面,利用LabVIEW中的采集控制程序进行开环实验获得实验数据,从而求得系统模型传递函数,LabVIEW连同双容水箱硬件系统分别开展PID参数整定实验、阶跃实验、水箱液位干扰实验以及服务器远程监控实验,其中PID控制实验数据用于与仿真实验做对比分析。通过对整体系统运行效果的持续观察,以及仿真实验、系统模型输出实验、网络监控三项实验结果的验证,充分肯定了该系统的稳定性、可靠性和实际应用价值。