MATLAB环境下控制系统实时仿真实验的研究

论文题目: MATLAB环境下控制系统实时仿真实验的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 模式识别与智能系统

作者: 龙利

导师: 陈今润

关键词: 硬件在回路仿真,实时内核,实时视窗目标

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 控制系统仿真是研究控制系统必不可少的手段,是建立在控制系统模型基础上的过程实验。通过仿真,设计者可以找到对于模型是最佳的控制方案,但该方案应用于实际系统,效果却不一定好,需要反复修改甚至重新设计。这样就会导致设计周期太长,费用高等缺点。能否使仿真和测试实际应用效果这两者统一于一个平台中,便成为缩短控制系统设计周期,降低成本,提高效率的关键。根据MATLAB 各工具箱的特点,特别是MATLAB RTW 实时工具箱能用于各种实时应用这一特点,本文提出了在MATLAB 环境中将离线仿真和实时仿真结合起来,对控制系统实施实时控制的构想。应用硬件在回路仿真技术,本文采用系统运行环境部分采用实物,部分采用实时数字模型来模拟的方式,实现对整个控制系统的仿真测试。本文详细分析了MATLAB RTW 下单机型模式(实时视窗目标)和双机型模式的系统结构,确定了在MATLAB RTW 下构建实时控制平台的方案。针对这两种模式,本文提出对应驱动I/O 板卡的方式,并将Simulink 生成的仿真模型下载到实时内核中运行,实现对控制系统的控制。本文设计了一系列基于三容水箱液位控制实验装置的控制实验,包括数学分析建立对象数学模型和测试法获取对象特性。实验将离线仿真和在线实时控制结合起来,把Simulink 模型框图作为系统控制前台,绕开了繁琐的程序设计,让实验者集中精力于控制器结构的设计和参数整定,并利用数据存储功能观察系统历史曲线,对控制过程进行分析,调整控制参数。实验中采取的控制策略可由实验者自行设计,给实验者留出一定创新空间。最后,本文通过水位实时控制实验验证了该实验平台的可行性,并分析了造成离线仿真和实时控制效果之间差异的原因。该实验平台便于实验者离线—在线反复实验,获取最佳的控制策略或控制参数,是提高效率,增强实验者开发创新能力的可行途径。该实验平台的性能有待进一步优化,但随着软硬件技术的发展,该实验平台对促进实验室建设具有一定推动作用。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

1.3.1 实验平台设计

1.3.2 具体的实验设计

1.3.3 工作重点

1.3.4 论文结构安排

2 系统实现方案

2.1 硬件在回路仿真技术概述

2.2 MATLAB 及其工具箱

2.3 系统实现方案及选择

2.3.1 方案的提出

2.3.2 MATLAB RTW 系统概述

2.3.3 Real-Time Windows Target 方案

2.3.4 xPC Target 方案

2.3.5 方案的确定

2.4 本章小结

3 实验平台设计

3.1 实验平台设计思路

3.2 构建实验平台

3.2.1 内核和C 语言编译器的安装

3.2.2 在Simulink 环境中创建仿真模型

3.2.3 创建和下载实时应用程序

3.2.4 对目标程序进行控制及信号跟踪

3.2.5 数据的存储

3.3 人机界面设计

3.3.1 界面的设计

3.3.2 程序设计

3.4 本章小结

4 实验设计

4.1 实验设计思路

4.2 系统的数学模型推导

4.2.1 单输入单输出系统

4.2.2 多输入多输出系统

4.3 具体实验

4.3.1 准备工作

4.3.2 实验对象特性测定

4.3.3 一阶单容系统PID 调节实验

4.3.4 其他控制方案及实验对象

4.4 本章小结

5 系统测试及结果分析

5.1 测试过程

5.2 结果分析

5.3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录A. 部分m文件源代码

附录B. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-11-07

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