[发明专利]一种应用控制单元进行控制的PID调节仿真教学装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种教学实验设备，尤其涉及一种应用控制单元进行控制的PID调节仿真教学装置。

【背景技术】

在控制理论中，控制器(controller)是一种依据传感器(sensor)发送来的信号，来调整发送到致动器(actuator)的输出信号，用以改变受控体(plant)状况或者状态的装置。随着科技的快速发展，由于其具有对信号反馈灵敏，调节准确，精确度高等传统控制模式不可比拟的诸多优点，因此使用控制器进行控制在目前的各领域中得到了广泛的应用。

广义上的常见的控制器，一般包括工控机、单片机和可编程逻辑控制器PLC等，其中可编程序控制器PLC自问世以来，由于其具有使用方便，编程简单；功能强，性能价格比高；硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强；可靠性高，抗干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；.维修工作量小等诸多显著的优点，因此从一开始的主要代替继电器进行逻辑控制，逐步发展到广泛应用于模拟量、脉冲量、PID控制、通信等技术领域，在国民经济和工业生产中得到了广泛的应用。目前国内各开设有理工科专业的高等院校和职业学校基本都开设有PLC的相关课程。

PLC在通用的教学装置中使用较多，但其教学功能设置一般体现在PLC的开关量应用上，主要形式以手提箱式、机械手式、电梯式的应用为主，而像模拟量、脉冲及通信方面就相对较少，由于涉及开关量应用的PLC教学装置其技术已相当成熟，使用范围也较为广泛，在此不再赘述。而对于PLC的另一重要应用领域，即对PID(比例积分微分)的控制调节上，现阶段还缺少相关的易用、直观的仿真教学装置。

PID(Proportion Integration Differentiation)是工业控制常用的控制算法，无论在温度、流量等慢变化过程，还是速度、位置等快变化的过程，都可得到很好的控制效果。PID控制算法一般由比例项+积分项+微分项组成，PLC的PID算法的特点是：

1、系统设计简单，针对不同的控制系统的特点，使用比例项，或使用比例项+积分项，或使用比例项+积分项+微分项，具有较强的适应性和灵活性。

2、参数调整相对简单，易于达到控制要求。

3、程序设计简单，直接套用即可，没有烦琐的逻辑及算术运算，实际工程中易于实现。

由此可见，尽快开发研制出适用于高等院校理工专业和职业技术院校教学使用的应用控制单元控制PID的仿真教学装置，对于自动控制领域技术的普及、扩展教学范围及教学效果，具有重要的意义。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明提供了一种应用控制单元进行控制的PID仿真教学装置，该装置以自控技术为基础，对在控制单元控制下的PID调节应用技术的教学内容进行直观的展示，该仿真教学装置教学效果直观，便于操作，易于为受教者理解、接受；且该仿真教学装置体积小，制造成本较低，非常适宜在广大开设有自动控制科目和专业的高等院校和职业技术院校推广使用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：

一种应用控制单元进行控制的PID调节仿真教学装置，由装置本体、控制模块、动作执行演示模块和辅助功能模块组合构成，所述控制模块和动作执行演示模块设于所述装置本体上，所述控制模块包括电机驱动器、压力传感器和控制单元，所述的控制单元为工控机、单片机、可编程逻辑控制器PLC中的一种；所述动作执行演示模块包括水泵、与水泵相配合的电机、水容器、水位展示器和连接管；所述辅助功能模块包括与所述控制模块和动作执行演示模块相适配的供电源和电线、开关；所述控制模块、动作执行演示模块和辅助功能模块间电路连接。

优选的，所述的控制单元为PLC可编程逻辑控制器。

进一步的，所述与水泵相配合的电机采用步进电机，所述电机驱动器为步进电机驱动器，所述步进电机的控制端通过所述步进电机驱动器与所述可编程逻辑控制器PLC电路连接；所述步进电机的动力输出端的轴端向下并连接有所述水泵；所述水泵的进水端通过所述连接管A与所述水容器连通；所述水位展示器为透明玻璃管，所述玻璃管两端开口且竖直设置，所述玻璃管顶端为入水端，通过连接管B与所述水泵的出水端连通；所述玻璃管底端为出水端，连接有三通接头的一通；所述三通接头的另外两通分别连接有压力传感器和水容器，所述三通接头与所述水容器间通过球阀连通，所述压力传感器与所述可编程逻辑控制器PLC的信号输入端电路连接。