5.1 比例环节

比例环节又称为放大环节，其输出量成比例的复现输入信号的变化。其s域传递函数为Y(s)=K·X(s)，差分方程为y(k)=K·x(k)（K为比例系数）。

实验步骤

1、编写低代码控制器配置文件

实现本应用案例，低代码控制器需要完成两部分文件配置：测点配置和AOE配置。测点配置用于配置控制器输入和输出信号点的参数，而AOE配置是建立AOE模型网络来实现所需的控制逻辑和功能。

1.1、测点配置

测点配置表格的内容包含了测点的点号、名称、别名、是否离散、是否是计算点以及默认值等。点号是程序里给这个测点的编号，可以自己定义，使用时，测点与通信通道的点号一一对应完成对接。别名是英文字母与下划线组合使用，可以当做变量名用于AOE表格里表达式的书写，使之可以不用点号来表达，使得表达式的意思表达得更加清楚。本案例测点配置如下：

序号点号名称别名是否离散是否计算点默认值备注
1100001测点1inputFALSEFALSE0输入值
2100002测点2outputFALSEFALSE0输出值
3100003测点3p_coefficientFALSEFALSE2比例系数

1.2、AOE配置

本案例中AOE文件配置内容分为三个部分。

AOE网络声明

名称为比例环节，触发条件设置为简单重复（Simple_Repeat），重复周期为20ms。

AOE ID是否启用名称触发条件触发条件参数变量初始值
70001TRUE比例环节Simple_Repeat20
AOE节点声明
AOE ID节点ID名称节点类型超时时间(ms)表达式
700011开始节点Condition101
700012结束节点Condition101

本案例中共有2个节点，节点类型均为Condition，表达式设为1，表明始终满足条件触发执行。

AOE边声明
AOE ID首尾节点动作名称失败模式动作类型动作参数
700011;2计算DefaultSet_Pointsoutput:p_coefficient*input;

本案例中的边声明动作类型为为SetPoints，执行动作“输出值=比例系数*输入值”。 式中p_coefficient表示比例环节的系数；input表示当前时刻输出量的采样值；output表示当前时刻输入量的采样值。p_coefficient、input、output为设置的测点。

1.3、配置文件存储

在excel表格中编写完成之后，并供低代码控制器使用。

2、Simulink验证

为验证低代码控制器比例环节结果的正确性，本案例借助Simulink的比例环节运行结果来对照。为实现控制器与simulink仿真模型间通信，需要进行低代码控制器通道文件的配置以及Simulink的S函数程序编写，具体过程如下：

2.1、通信通道配置

低代码控制器通过Modbus协议与Simulink进行通信。由于Matlab仅有Modbus客户端功能，因此需要将低代码控制器配置为Modbus服务端，如下：

通道名称server测试通道连接名称测试通道
连接个数1测点个数3
服务端口502客户端IP127.0.0.1
客户端端口9999
slave id1
通信协议XA
一次读寄存器数上限125
一次读开关数上限2000
一次写寄存器数上限120
一次写开关数上限1968
轮询周期(ms)5000
超时(ms)1000

服务端口设定为502，测点个数为3，客户端ip是本机的ip地址，可以在网络属性界面查询得到，客户端端口设置为9999.

序号寄存器类型起始地址数据类型新请求标志轮询周期点号
1HOLDING1EightByteFloatFALSE2000100001
2HOLDING5EightByteFloatFALSE2000100002
3HOLDING9EightByteFloatFALSE2000100003

本实验中需要用3个寄存器存储数据，数据类型均为八位浮点数。

2.2、编写Simulink与控制器通信程序

modbusComproportion.m是本案例模型控制器的源文件，建立与低代码控制器起通信的作用。

sizes.NumContStates  = 0;
sizes.NumDiscStates  = 0;
sizes.NumOutputs     = 1;
sizes.NumInputs      = 2;
sizes.DirFeedthrough = 1;
sizes.NumSampleTimes = 1;

上述程序表示输入与输出个数的设置，本案例中的输入个数为2，分别为输入值与比例系数。输出个数为1，为计算后的输出值。

ts  = [0.02,0];

上述程序表示模块的采样时间为0.02s。

global m;
m = modbus('tcpip', '127.0.0.1', 502);  % 建立modbus通信

上述程序表示初始化过程中建立与控制器的通信。

function sys=mdlOutputs(t,x,u)
global m;
write(m,'holdingregs',2,u(1),'double');
write(m,'holdingregs',10,u(2),'double');
%pause(0.001);    
sys = read(m,'holdingregs',6,1,'double');

如上面的输出函数所示，需要将输入写入控制器，再从控制器中读取控制信号。程序中的pause（0.001）用于设置等待时间，当控制器和计算机的性能较好时，可以适当修改这个参数，可以加快仿真通信的速度，使动画跟随的动作加快。

2.3、低代码控制器配置与运行

这一步低代码控制器的连接和案例1中完全一致，将MATLAB的文件夹打开到低代码控制器替代后的simulink模型文件的文件夹。

当与实体的控制器连接时，就是将所实现的功能放入实体的控制器中，只需要将控制器与电脑通过网线连接后，修改主站和从站的ip地址。 控制器（从站ip）可以从发现工具获得。

主站ip为本机ip地址，通过网络属性配置中可以查询。

3、运行仿真

先运行低代码控制器，再运行Simulink模型，进行仿真。当设置比例系数p_coefficient=2时，仿真结果如下图所示：

基本控制组态比例环节运行结果

附件：基本控制组态_比例环节.rar