高级过程制约实验验证平台设计及算法探讨

过程控制是高校自动控制学科的一门重要课程，学生在学习理论知识的同时，还需要通过实践进行理解消化，并在理解消化的基础上创新。为此，建设一个理论与实际相结合的过程控制实验平台尤为重要。本课题将控制理论与控制工程有机结合设计出一种过程控制综合实验平台，是西北产业大学“网络环境下复杂控制系统实验室”的一个子项目。该平台是以流量、液位控制为研究对象的全物理实验平台，具有强大的实验验证功能。不仅可以实现不同阶次的单入单出对象，还可以实现多入多出对象和变参数对象；不仅可以实现常规的控制方案和控制算法，还可以对先进控制算法进行验证、研究。文章首先回顾过程控制的现状及教学状况，分析建立过程控制实验平台的可行性和必要性，先容过程控制的基本理论。然后，针对目前已有的平台实验功能的单一性，设计出一套功能完备、结构灵活、能满足不同层次需求的开放实验平台；完成了硬件设备的选型、采购和安装；并根据硬件平台的特点进行了实验设计和软件平台设计，平台的数据采集、算法实现、控制输出都是由PC机实现，运用组态王实现各种控制系统的监控界面设计，但由于组态王运算功能不强，不能实现辨识、自适应等复杂的控制算法，因此采用Matlab编写算法软件，VisualBasic作为组态王和Matlab的中间接口程序提供实时数据交换(DDE)。最后从理论上对实验对象建立数学建模并进行特性分析，并通过二阶对象对增量式PID控制和自校正PID控制进行了验证。综上所述，作者设计出了一个既能应用于高校实验教学又能验证研究先进控制理论的实验平台，极大地丰富了过程控制实验系统的内容。【关键词】：实验平台自适应组态王过程控制
【论文提纲】：摘要3-4ABSTRACT4-6目录6-8第一章绪论8-151.1课题背景和任务81.2过程控制的概念8-91.3过程控制的发展概况9-111.4过程控制的现状及发展趋势11-121.5过程控制的特点121.6过程控制的分类及其性能指标12-151.6.1过程控制的分类12-131.6.2过程控制的性能指标13-15第二章控制系统实验装置硬件组成和软件实现15-432.1平台硬件组成15-272.1.1对象平台的总体结构及其功能15-182.1.2执行机构18-212.1.3检测变送器21-222.1.4动力机构22-232.1.5计算机控制系统组成23-272.2实验平台的软件平台27-432.2.1变量的定义和管理28-312.2.2监控界面设计31-372.2.3通讯接口设计37-402.2.4算法语言的程序实现40-43第三章平台实验设计及一些先进的控制理论43-513.1单容界面43-443.2双容界面44-463.3三容界面46-473.4双入双出界面47-493.5三入三出控制系统493.6先进控制理论49-51第四章系统建模及PID控制的理论基础51-674.1液位控制实验平台数学模型研究51-564.1.1机理演绎法51-544.1.2阶跃扰动辨识法54-554.1.3一阶、二阶近似传递函数55-564.2PID控制56-574.2.1PID控制器原理56-574.2.2数字PID控制算法574.3控制器设计方法—直接综正当57-584.4自校正PID控制器58-674.4.1递推最小二乘法60-644.4.2极点配置自校正PID算法64-67第五章算法验证及分析67-735.1一阶、二阶系统阶跃辨识67-685.2二阶系统在线辨识68-695.3二阶控制实验69-725.4结论72-73第六章总结与下一步工作73-766.1总结736.2存在的问题73-76参考文献76-79致谢79-80硕士期间发表的论文80-81