最小方差自校正控制在流体过程实验装置中的应用-毕业论文(2012).doc
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最小方差自校正控制在流体过程实验装置中的应用-毕业论文(2012).doc
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最新本科生毕业论文(设计)
题目
最小方差自校正控制在流体
过程实验装置中的应用
学生姓名
李强
指导教师
李强
学院
山东建筑大学
专业班级
土建二班
完成时间
2012年6月
教务处
54
目录
目录
摘要 III
ABSTRACT IV
第一章绪论 1
1.1研究目的和意义 1
1.2过程控制系统概述 2
1.2.1过程控制发展概况 2
1.2.2过程控制发展的主要特点 3
1.3自适应控制系统概述 4
1.3.1自适应控制系统的发展概况 4
1.3.2自校正调节系统的发展概况 5
1.4最小方差自校正控制的研究与应用 6
1.4.1最小方差自校正控制的研究现状 6
1.4.2最小方差自校正控制的应用 7
1.5本文的主要研究内容 8
第二章自校正调节系统 9
2.1自校正控制系统 9
2.2自校正控制系统数学模型 10
2.3最小方差调节器 11
2.4系统辨识 15
2.5最小方差自校正调节器 17
第三章设计方案 20
3.1总体结构设计 20
3.2硬件系统介绍 21
3.2.1流体过程控制装置的组成 21
3.2.2硬件系统组成 22
3.3软件设计 25
3.3.1软件设计概述 25
3.3.2数据通信 25
3.3.3软件设计 28
第四章流体过程控制系统人机界面设计 31
4.1工业组态软件MCGS概述 31
4.2建立工程 32
4.3用户界面的设计和组态 34
4.4流体过程控制系统实验平台界面 40
第五章系统仿真及实验结果分析 43
5.1递推增广最小二乘法参数估计仿真 43
5.2最小方差自校正算法仿真及比较分析 45
5.3仿真小结 48
5.4实验结果分析 48
结论 51
结束语 52
参考文献 53
摘要
本课题主要是对最小方差自校正调节器的研究。
最小方差自校正调节器是按最小输出方差结合自校正控制律,采用递推最小二乘参数估计算法直接估计控制器参数。
通过对自适应控制,自校正控制和最小方差自校正控制算法的推导与研究比较,提出最小方差自校正控制在流体过程控制实验装置应用的理论依据。
本课题设计方案是基于实验室的Me093395-H1过程控制实训平台。
采用两级控制系统来实现:
第一级计算机监控级(上位机)主要实现综合监视试验过程主要信息、历史数据存档、给下位机发布命令及高级控制算法的实现等;第二级控制级(PLC)完成下层各系统数据信息采集、过程控制等任务。
本系统SCC(上位机PC)采用MCGS组态软件开发人机界面监控系统和MATLAB开发高级控制算法;下位机采用PLC可编程控制器,可实现过程的实时PID控制。
上下位机采用串口进行PPI通讯,而MCGS与MATLAB之间采用DDE通讯。
仿真和实验结果表明,本文所述的理论分析和采用的控制方案能在实际条件下,实时、有效地辨识参数和实现自适应控制律。
将最小方差自校正控制算法应用在流体过程控制实验平台中,使得控制效果有了较大的提高。
通过采用最小方差自校正控制,有效地解决了流体控制过程中参数调节不方便,以及系统控制精度低等缺陷。
关键词:
最小方差,自校正控制,MATLAB仿真,MCGS,流体过程控制系统
ABSTRACT
Themaintopicistheminimumvarianceself-tuningregulator.Minimumvarianceself-tuningregulatorisbasedoncomprehensiveself-tuningminimumoutputvariancecontrollaw,theuseofrecursiveleastsquaresparameterestimationalgorithmestimatesthecontrollerparametersdirectly.Throughderivingandcomparativelystudyingtheadaptivecontrol,self-tuningcontrolandself-tuningminimumvariancecontrolalgorithms,itiscontainedthetheoreticalbasisoftheapplicationoftheself-tuningminimumvariancecontrolinthefluidprocesscontroldevice.
TheresearchprojectsarebasedonMe093395-H1processcontroltrainingplatform,andthetwo-stagecontrolsystemisusedinthisproject.Thefirstcomputermonitoringlevelmainlyachievedintegratedsurveillance,keyinformationduringthetest,historicaldataarchiving,issuedorderstothelowermachineandimplementationofadvancedcontrolalgorithms,etc.,thesecondistocompletethelowerlevelcontrolofallsystemdataacquisition,processcontrolandothertasks.IntheuppercomputerPCthesystemconfigurationsoftwareMCGSisusedtodevelopthehuman-machineinterfacecontrolsystemandMATLABisusedtodevelopadvancedcontrolalgorithms;lowermachineusingPLCprogrammablecontroller,canrealizethereal-timePIDcontroloftheprocess.Serialcommunication,whichcommunicationprotocolsusingPPIprotocolisusedbetweenupperandlowercomputer.AndDDEisusedtocommunicatebetweenMCGSandMATLAB.
Simulationandexperimentresultsshowthatthetheoreticalanalysisdescribedinthisarticleandthecontrolschemeusedeffectivelyidentifyparametersandachieveadaptivecontrollawintheactualconditionsinrealtime.Theminimumvarianceself-tuningcontrolalgorithmisappliedinthefluidprocesscontrolplatform,makingthecontroleffecthasbeenenhanced.Throughtheuseofminimumvarianceself-tuningcontrol,weeffectivelysolvethedefectsofparameteradjustmentwhichisnotconvenient,andsystemcontrolprecisionlowintheflowcontrolprocess.
KEYWORDS:
minimumvariance,self-tuningcontrol,MCGS,MATLABsimulation,fluidprocesscontrol
最小方差自校正控制在流体过程实验装置中的应用第一章绪论
第一章绪论
1.1研究目的和意义
自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
并且随着工业生产向着大型化、连续化、网络化和自动化方向迅速发展,对控制系统的品质也提出了更新更高的要求,除了简单过程控制系统以外,各种复杂的、多变量、时变、非线性、随机等过程控制系统的研究变得尤为重要,因此出现了许多新的控制理论,并且这些理论还在继续发展,它已跨越学科界限,正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。
因此对这理论进行研究和验证是非常必要的。
随着微电子技术、计算机技术的迅猛发展和广泛应用,自适应控制[1]无论是在理论上还是在应用上都取得了很大的进展,它已成为现代控制理论中一个十分活跃的重要学科领域。
在应用方面,它涉及化工、造纸、采矿、船舶驾驶与定位、水泥、发酵、空调、飞机驾驶、机械手、加热炉、玻璃炉、卫星试验发电厂与电力拖动等多种工业部门,大大改善了系统性能,提高了产品质量,节约了能源,取得了明显效果。
在理论研究方面,我国学者也取得了一系列有价值的研究成果。
各工科院校自动化专业大都开设了过程控制类课程,但由于现代控制理论较抽象,与实际结合较困难,所以缺乏较好的实验设施,影响了教学质量和人才培养质量,并且,控制方案的确定、控制系统的设计、控制参数的整定都要以对象的特性为依据,而对象的特性又那样复杂而难以充分认识,要完全通过理论计算进行控制系统设计与控制参数的整定,至今仍不可能。
本文的研究对象是本着以提高学生理解理论和运用理论以及在实践中分析问题和解决问题的能力为目标,以保留经典控制理论中传统控制器设计重点研究现代控制理论及其分析和设计方法为原则而研制的多功能流体过程控制实验装置。
该装置能够对工业生产过程中最常见的流量、液位等过程参数应用多种控制理论和方案进行控制,并与计算机构成简单的DCS系统和DDC系统,可以满足《自动控制理论》、《现代控制理论》、《系统辨识》、《自适应控制》、《网络通讯技术》、《传感器技术》、《信号和信息处理》、《计算机控制系统》、《MATLAB系统仿真与应用》等课程的实验和教学,培养学生的综合设计能力。
同时也能够作为教师和研究生进行一些新的控制方案、新的算法研究以及新型控制器设计的高水平学习和研究开发实验平台,将是一套将控制理论与控制工程有机结合的理想实验装置。
本文将最小方差自校正控制应用在该实验装置中,使实验获得控制效果更好,能够促进和推广自动控制理论尤其是现代控制理论的发展和应用。
1.2过程控制系统概述
在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中,以温度、流量、物位、压力和成分等为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”系统[2]。
1.2.1过程控制发展概况
纵观过程控制的历史,大致可以经历以下几个阶段:
第一阶段从20世纪30年代到40年代。
该阶段控制理论采用的数学方法是微积分解析方法,以研究单输入、单输出控制系统为主,被控变量是常用的过程参数,例如温度、压力、流量和液位等,采用的仪表是基地式仪表和部分气动单元组合仪
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- 最小 方差 校正 控制 流体 过程 实验 装置 中的 应用 毕业论文 2012