1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</p><p>　　2013年 3 月 15 日</p><p><b>　　一、選題背景</b></p><p>　　過(guò)程控制作為自動(dòng)化技術(shù)的重要方向和組成部分,已廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、機(jī)械、輕工等許多國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要領(lǐng)域，它已成為以加工制造流程性材料產(chǎn)品為主的現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)的

2、支柱產(chǎn)業(yè)之一。過(guò)程控制主要是針對(duì)溫度、壓力、流 量、液位、成分、物性等參數(shù)的控制。近30年來(lái)，隨著控制技術(shù)、電子技術(shù)與數(shù)字計(jì)算機(jī)的結(jié)合，特別是為電子技術(shù)與微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，控制系統(tǒng)處理的變量迅速的轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。微型計(jì)算機(jī)是數(shù)字電路的化身，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，它與控制技術(shù)相結(jié)合，完全有可能實(shí)現(xiàn)全廠范圍生產(chǎn)調(diào)度與控制，全部或單機(jī)生產(chǎn)最優(yōu)控制以及各種工藝過(guò)程控制的最佳控制。目前微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用日益向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，它的科學(xué)技術(shù)水平及應(yīng)用

3、的廣度和深度，特別是在過(guò)程控制中的應(yīng)用水平，已成為衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。</p><p>　　MATLAB是國(guó)際控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的仿真軟件,Simulink是MATLAB提供的一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包,它包含多個(gè)子模型庫(kù),每個(gè)子模型庫(kù)中又包含多個(gè)功能模塊。仿真時(shí)可選擇 各種數(shù)值算法、仿真步長(zhǎng)等重要參數(shù),并可用模擬示波器將仿真動(dòng)態(tài)結(jié)果予以顯示?？刂葡到y(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和控制器的PID參數(shù)

4、整定問(wèn)題,是確保控制系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要就是控制器的PID參數(shù)整定問(wèn)題,這既需要熟練的理論知識(shí),更需要豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。為此,適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)訓(xùn)練是十分必要的?？紤]到進(jìn)廠實(shí)習(xí)的不便,利用仿真軟件 MATLAB/Simulink開(kāi)發(fā)了過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)。</p><p>　　Simulink是MATLAB提供的一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它包含多個(gè)子模型庫(kù)，每一個(gè)子模型庫(kù)又包含多個(gè)

5、功能模塊。對(duì)于各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。仿真時(shí)可以選擇各種數(shù)值算法、仿真步長(zhǎng)等重要參數(shù)并可以用模擬示波器將仿真動(dòng)態(tài)結(jié)果予以顯示。 </p><p>　　采用MATLAB技術(shù)的仿真平臺(tái)不但具有傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)所不具備的優(yōu)勢(shì),如使用方便,價(jià)格低廉等。 更重要的是它可以避免硬件實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的由于與實(shí)驗(yàn)?zāi)?/p>

6、的無(wú)關(guān)的干擾,如接觸不良、 儀器故障等所造成的影響。盡管在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)是必不可少的,但是由于采用實(shí)機(jī)難以進(jìn)行極限與失效測(cè)試,而采用仿真器可以自由地給定各種測(cè)試條件,測(cè)試被測(cè)控制器的性能,因此仿真系統(tǒng)可作為快速控制原型的虛擬試驗(yàn)臺(tái)。 </p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　利用MATLAB開(kāi)發(fā)的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)應(yīng)包括多項(xiàng)過(guò)程控制

7、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都是一個(gè)子系統(tǒng), 內(nèi)含一個(gè)Simulink仿真模型和必要的幫助信息。模型要能清楚體現(xiàn)該過(guò)程控制系統(tǒng)的控制方案,控制器的PID參數(shù)可以自由修改,即可以進(jìn)行參數(shù)整定的工作,以熟練掌握其中的理論知識(shí)和方法,豐富操作經(jīng)驗(yàn)。</p><p>　　系統(tǒng)主界面友好,雙擊各個(gè)子系統(tǒng)按鈕即可進(jìn)入到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用多窗口形式,層次分明,友好易用。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和過(guò)程控制常用控制方案對(duì)應(yīng),包括單回路

8、、串級(jí)、前饋、前饋反饋復(fù)合、比值、大滯后系統(tǒng)這六種類型。</p><p><b>　　1 單回路系統(tǒng)：</b></p><p><b>　　2串級(jí)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　3靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)：</p><p>　　靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是對(duì)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中干擾較大的因素進(jìn)行靜態(tài)補(bǔ)償，使系

9、統(tǒng)對(duì)某一干擾良好的靜態(tài)抑制能力。</p><p>　　4前饋-反饋控制系統(tǒng)：</p><p>　　在前饋反饋控制系統(tǒng)中，前饋控制屬于開(kāi)環(huán)控制，通過(guò)對(duì)主流量的檢測(cè)，及時(shí)的針對(duì)主要擾動(dòng)進(jìn)行參數(shù)的偏差抑制。當(dāng)主流量測(cè)量值較預(yù)定值發(fā)生波動(dòng)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行PID計(jì)算，輸出控制信號(hào)，進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)；反饋控制屬于閉環(huán)控制，通過(guò)對(duì)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，將測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較。形成偏差后，進(jìn)行預(yù)先設(shè)定的PID計(jì)算，輸出控

10、制信號(hào)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)。</p><p>　　5比值控制系統(tǒng)：（1）比值控制系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值，而且也確保了兩物料總量基本不變。</p><p>　?。?）提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主流量調(diào)節(jié)器的給定值，就可以提降主流量，同時(shí)副流量也就自動(dòng)跟蹤提降，并保持兩者比值不變。</p><p>　　6大滯后控制-SMITH預(yù)估補(bǔ)償：對(duì)大滯后環(huán)節(jié)G（s）采取S

11、mith預(yù)估器控制方案進(jìn)行控制。</p><p><b>　　三、進(jìn)度安排</b></p><p>　　1—4周：去圖書館及網(wǎng)上查閱資料了解自己的課題，寫開(kāi)題報(bào)告，安裝并熟悉MATLAB。</p><p>　　5—7周：復(fù)習(xí)過(guò)程控制中的六種類型的方案，畫出控制流程圖。</p><p>　　8—10周：設(shè)計(jì)思路并設(shè)計(jì)6個(gè)子

12、系統(tǒng)，確定matlab對(duì)每個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　11—13周：封裝并實(shí)現(xiàn)仿真，完成GUI設(shè)計(jì)寫出說(shuō)明書。</p><p>　　14—16周：完善設(shè)計(jì)與說(shuō)明書，準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　四、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 楊國(guó)亮、梁禮明，基于MATLAB的控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)軟件編

13、制，江西2012年2月 1-3</p><p>　　[2] 王玉磊、邱罡，從零開(kāi)始學(xué)MATLAB，北京：中國(guó)鐵道出版社 2011年2月 1-20</p><p>　　[3]張平等， MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用，北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2007年7月 135-174</p><p>　　[4] 黃忠霖，自動(dòng)控制原理的MATLAB實(shí)現(xiàn)，北京：國(guó)防工業(yè)出版社2007年2

14、月 1-236</p><p>　　[5] 馬莉，MATLAB語(yǔ)言實(shí)用教程 北京：清華大學(xué)出版社 2010年10月 1-25</p><p>　　[6]林錦國(guó)，過(guò)程控制（第二版），南京：東南大學(xué)出版社 2006年3月 1-11</p><p>　　[7] 莫勒（moler 美國(guó)） ，MATLAB數(shù)值計(jì)算，北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2006年6月 1-156</p&

15、gt;<p>　　[8]陳夕松，汪木蘭，過(guò)程控制系統(tǒng)（第二版），北京：科學(xué)出版社 2011年1月</p><p>　　[9] LINEAR ALGEBRA FOR ENGINEERS AND SCIENTISTS USING MATLAB</p><p><b>　　2005年</b></p><p>　　[10]MATLAB D