基于MATLAB的过程控制仿真-开题报告

基于MATLAB的过程控制仿真-开题报告

河北联合大学轻工学院

本科生毕业设计开题报告

题目：基于MATLAB的过程控制实验仿真系统

学部：信息科学与技术部

专业：自动化

班级：09自动化

姓名：

学号：

指导教师：田晴

2013年 3 月15 日

一、选题背景

过程控制作为自动化技术的重要方向和组成部分,已广泛应用于石油、化工、电力、冶金、机械、轻工等许多国民经济的重要领域，它已成为以加工制造流程性材料产品为主的现代国民经济的支柱产业之一。过程控制主要是针对温度、压力、流量、液位、成分、物性等参数的控制。近30年来，随着控制技术、电子技术与数字计算机的结合，特别是为电子技术与微型计算机的迅速发展，控制系统处理的变量迅速的转变为数字量。微型计算机是数字电路的化身，具有一系列优点，它与控制技术相结合，完全有可能实现全厂范围生产调度与控制，全部或单机生产最优控制以及各种工艺过程控制的最佳控制。目前微型计算机应用日益向系统化、网络化方向发展，它的科学技术水平及应用的广度和深度，特别是在过程控制中的应用水平，已成为衡量一个国家现代化水平的重要标志。

MATLAB是国际控制领域内最流行的仿真软件,Simulink是MATLAB提供的一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包,它包含多个子模型库,每个子模型库中又包含多个功能模块。仿真时可选择各种数值算法、仿真步长等重要参数,并可用模拟示波器将仿真动态结果予以显示。控制系统方案的设计和控制器的PID参数整定问题,是确保控制系统有效运行的关键问题。相关设计内容主要就是控制器的PID参数整定问题,这既需要熟练的理论知识,更需要丰富的操作经验。为此,适当的实验训练是十分必要的。考虑到进厂实习的不便,利用仿真软件 MATLAB/Simulink开发了过程控制实验仿真系统。

Simulink是MATLAB提供的一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它包含多个子模型库，每一个子模型库又包含多个功能模块。对于各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。仿真时可以选择各种数值算法、仿真步长等重要参数并可以用模拟示波器将仿真动态结果予以显示。

采用MATLAB技术的仿真平台不但具有传统的硬件实验所不具备的优势,如

使用方便,价格低廉等。 更重要的是它可以避免硬件实验带来的由于与实验目的无关的干扰,如接触不良、 仪器故障等所造成的影响。尽管在真实系统上进行试验是必不可少的,但是由于采用实机难以进行极限与失效测试,而采用仿真器可以自由地给定各种测试条件,测试被测控制器的性能,因此仿真系统可作为快速控制原型的虚拟试验台。

二、设计方案

利用MATLAB 开发的过程控制实验仿真系统应包括多项过程控制实验内容,每项实验内容都是一个子系统, 内含一个Simulink 仿真模型和必要的帮助信息。模型要能清楚体现该过程控制系统的控制方案,控制器的PID 参数可以自由修改,即可以进行参数整定的工作,以熟练掌握其中的理论知识和方法,丰富操作经验。

系统主界面友好,双击各个子系统按钮即可进入到相应的实验项目。整体结构设计方面采用多窗口形式,层次分明,友好易用。实验项目和过程控制常用控制方案对应,包括单回路、串级、前馈、前馈反馈复合、比值、大滞后系统这六种类型。

1 单回路系统：

2串级控制系统

主调主

副

副调

调副

副测

主

-

副测量值

调副

主

-

3静态前馈控制系统：

静态前馈控制系统从本质上来说是对开环系统中干扰较大的因素进行静态补偿，使系统对某一干扰良好的静态抑制能力。

4前馈-反馈控制系统：

在前馈反馈控制系统中，前馈控制属于开环控制，通过对主流量的检测，及时的针对主要扰动进行参数的偏差抑制。当主流量测量值较预定值发生波动时，及时进行PID 计算，输出控制信号，进行参数调节；反馈控制属于闭环控制，通过对参数的监测，将测量值与给定值进行比较。形成偏差后，进行预先

G1

Gf

G3

G2

K

主测

主测量值

给定

+

+

+

+ 可测干扰

设定的PID 计算，输出控制信号进行参数调节。

5比值控制系统：（1）比值控制系统不仅实现了比较精确的流量比值，而且也确保了两物料总量基本不变。

（2）提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量调节器

的给定值，就可以提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。

6大滞后控制-SMITH 预估补偿：对大滞后环节G （s ）采取Smith 预估器控

制方案进行控制。

计算电动

液

流量

液位—

e(

I(

q(t

f(t

三、进度安排

1—4周：去图书馆及网上查阅资料了解自己的课题，写开题报告，安装并熟悉MATLAB。

5—7周：复习过程控制中的六种类型的方案，画出控制流程图。

8—10周：设计思路并设计6个子系统，确定matlab对每个功能模块的实现。

11—13周：封装并实现仿真，完成GUI设计写出说明书。

14—16周：完善设计与说明书，准备答辩。

四、参考文献

[1] 杨国亮、梁礼明，基于MATLAB的控制系统仿真实验软件编制，江西2012年2月 1-3

[2] 王玉磊、邱罡，从零开始学MATLAB，北京：中国铁道出版社 2011年2月 1-20

[3]张平等， MATLAB基础与应用，北京：北京航空航天大学出版社 2007年7月 135-174

[4] 黄忠霖，自动控制原理的MATLAB实现，北京：国防工业出版社2007年2月 1-236

[5] 马莉，MATLAB语言实用教程北京：清华大学出版社 2010年10月 1-25

[6]林锦国，过程控制（第二版），南京：东南大学出版社 2006年3月 1-11

[7] 莫勒（moler 美国），MATLAB数值计算，北京：机械工业出版社 2006年6月 1-156