[發(fā)明專利]一種應(yīng)用控制單元進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)仿真教學(xué)裝置

在審

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• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN103942996A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 嵇明軍;吳貴文;成文先;陳福琛;金保德;嵇月強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 嵇明軍
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，尤其涉及一種應(yīng)用控制單元進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)仿真教學(xué)裝置。

【背景技術(shù)】

在控制理論中，控制器(controller)是一種依據(jù)傳感器(sensor)發(fā)送來的信號，來調(diào)整發(fā)送到致動器(actuator)的輸出信號，用以改變受控體(plant)狀況或者狀態(tài)的裝置。隨著科技的快速發(fā)展，由于其具有對信號反饋靈敏，調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，精確度高等傳統(tǒng)控制模式不可比擬的諸多優(yōu)點(diǎn)，因此使用控制器進(jìn)行控制在目前的各領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

廣義上的常見的控制器，一般包括工控機(jī)、單片機(jī)和可編程邏輯控制器PLC等，其中可編程序控制器PLC自問世以來，由于其具有使用方便，編程簡單；功能強(qiáng)，性能價格比高；硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)；可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少；.維修工作量小等諸多顯著的優(yōu)點(diǎn)，因此從一開始的主要代替繼電器進(jìn)行邏輯控制，逐步發(fā)展到廣泛應(yīng)用于模擬量、脈沖量、PID控制、通信等技術(shù)領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)各開設(shè)有理工科專業(yè)的高等院校和職業(yè)學(xué)校基本都開設(shè)有PLC的相關(guān)課程。

PLC在通用的教學(xué)裝置中使用較多，但其教學(xué)功能設(shè)置一般體現(xiàn)在PLC的開關(guān)量應(yīng)用上，主要形式以手提箱式、機(jī)械手式、電梯式的應(yīng)用為主，而像模擬量、脈沖及通信方面就相對較少，由于涉及開關(guān)量應(yīng)用的PLC教學(xué)裝置其技術(shù)已相當(dāng)成熟，使用范圍也較為廣泛，在此不再贅述。而對于PLC的另一重要應(yīng)用領(lǐng)域，即對PID(比例積分微分)的控制調(diào)節(jié)上，現(xiàn)階段還缺少相關(guān)的易用、直觀的仿真教學(xué)裝置。

PID(Proportion?Integration?Differentiation)是工業(yè)控制常用的控制算法，無論在溫度、流量等慢變化過程，還是速度、位置等快變化的過程，都可得到很好的控制效果。PID控制算法一般由比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)組成，PLC的PID算法的特點(diǎn)是：

1、系統(tǒng)設(shè)計簡單，針對不同的控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，使用比例項(xiàng)，或使用比例項(xiàng)+積分項(xiàng)，或使用比例項(xiàng)+積分項(xiàng)+微分項(xiàng)，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。

2、參數(shù)調(diào)整相對簡單，易于達(dá)到控制要求。

3、程序設(shè)計簡單，直接套用即可，沒有煩瑣的邏輯及算術(shù)運(yùn)算，實(shí)際工程中易于實(shí)現(xiàn)。

由此可見，盡快開發(fā)研制出適用于高等院校理工專業(yè)和職業(yè)技術(shù)院校教學(xué)使用的應(yīng)用控制單元控制PID的仿真教學(xué)裝置，對于自動控制領(lǐng)域技術(shù)的普及、擴(kuò)展教學(xué)范圍及教學(xué)效果，具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用控制單元進(jìn)行控制的PID仿真教學(xué)裝置，該裝置以自控技術(shù)為基礎(chǔ)，對在控制單元控制下的PID調(diào)節(jié)應(yīng)用技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行直觀的展示，該仿真教學(xué)裝置教學(xué)效果直觀，便于操作，易于為受教者理解、接受；且該仿真教學(xué)裝置體積小，制造成本較低，非常適宜在廣大開設(shè)有自動控制科目和專業(yè)的高等院校和職業(yè)技術(shù)院校推廣使用。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種應(yīng)用控制單元進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)仿真教學(xué)裝置，由裝置本體、控制模塊、動作執(zhí)行演示模塊和輔助功能模塊組合構(gòu)成，所述控制模塊和動作執(zhí)行演示模塊設(shè)于所述裝置本體上，所述控制模塊包括電機(jī)驅(qū)動器、壓力傳感器和控制單元，所述的控制單元為工控機(jī)、單片機(jī)、可編程邏輯控制器PLC中的一種；所述動作執(zhí)行演示模塊包括水泵、與水泵相配合的電機(jī)、水容器、水位展示器和連接管；所述輔助功能模塊包括與所述控制模塊和動作執(zhí)行演示模塊相適配的供電源和電線、開關(guān)；所述控制模塊、動作執(zhí)行演示模塊和輔助功能模塊間電路連接。

優(yōu)選的，所述的控制單元為PLC可編程邏輯控制器。

進(jìn)一步的，所述與水泵相配合的電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)，所述電機(jī)驅(qū)動器為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，所述步進(jìn)電機(jī)的控制端通過所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與所述可編程邏輯控制器PLC電路連接；所述步進(jìn)電機(jī)的動力輸出端的軸端向下并連接有所述水泵；所述水泵的進(jìn)水端通過所述連接管A與所述水容器連通；所述水位展示器為透明玻璃管，所述玻璃管兩端開口且豎直設(shè)置，所述玻璃管頂端為入水端，通過連接管B與所述水泵的出水端連通；所述玻璃管底端為出水端，連接有三通接頭的一通；所述三通接頭的另外兩通分別連接有壓力傳感器和水容器，所述三通接頭與所述水容器間通過球閥連通，所述壓力傳感器與所述可編程邏輯控制器PLC的信號輸入端電路連接。