集散控制实验教学系统设计及开发

论文摘要

为使工科学生在校期间受到良好的工程实践锻炼,创建具有实际工程环境的实验室一直是过程控制实验室建设的重要目标。结合自动化及相关专业的教学特点,设计和开发集散控制实验教学系统是论文的主要内容。依据过程控制系统和集散控制系统的发展现状及趋势,以液位、压力、温度及流量为被控变量,集控制技术、通讯技术、计算机技术和显示技术为一体,设计和开发了以实验装置为对象的集散控制实验教学系统。以和利时公司MACSV系统的现场控制站为控制器,运用工程师站组态软件、操作员站软件、服务器站软件和现场控制站软件开发了具有数据采集、数据显示、曲线显示、报警监视、日志显示、报表生成及打印等功能的监控系统。通过在控制器算法组态软件中编程组态,可实现常规PID、串级控制等多种控制算法的实验。以液位实验装置为对象,采用系统辨识的建模方法,建立了液位实验装置1#水箱的二阶离散动态模型。辨识算法采用带遗忘因子的递推最小二乘算法,控制器设计采用极点配置控制策略,设计了极点配置自校正PID控制算法,开发了一种液位自适应控制系统的实验教学软件。在实验系统上运行常规PID控制算法和自校正PID控制算法的结果表明所开发的实验系统具有较好的控制性能,能满足自动化相关专业本科生实验教学的需要,本实验系统对研究生和教师进行控制算法的实验研究也是一个比较理想的实验平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 过程控制概述
• 1.3 集散控制系统的发展历程
• 1.4 第四代集散控制系统的体系结构和技术特征
• 1.5 论文的研究内容和结构
• 第二章 系统总体设计
• 2.1 系统总体结构
• 2.2 控制系统硬件组成
• 2.2.1 实验装置组成
• 2.2.2 现场控制站
• 2.2.3 工程师站、操作员站及服务器站
• 2.3 系统中的网络
• 2.3.1 监控网络
• 2.3.2 系统网络
• 2.3.3 控制网络
• 2.4 控制系统软件组成
• 2.5 系统离线组态
• 2.5.1 离线组态步骤
• 2.5.2 数据库组态
• 2.5.3 控制器算法组态
• 2.5.4 图形组态
• 2.6 本章小结
• 第三章 自适应控制在液位实验装置上的实现
• 3.1 自适应控制技术
• 3.1.1 自适应控制研究解决的问题
• 3.1.2 自适应控制系统的功能
• 3.1.3 自适应控制系统的分类
• 3.2 控制系统建模概述
• 3.3 液位控制系统模型辨识算法及实现
• 3.3.1 系统辨识的步骤
• 3.3.2 辨识算法的选择
• 3.3.3 液位控制系统模型辨识实现
• 3.4 自适应控制器设计
• 3.4.1 极点配置的控制思想
• 3.4.2 极点配置自校正PID算法
• 3.4.3 闭环稳定性分析
• 3.5 自校正PID控制在实验系统上的实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 系统实验设计及控制效果分析
• 4.1 系统实验设计
• 4.2 单回路PID与自校正PID控制仿真与实验
• 4.2.1 仿真分析
• 4.2.2 系统实际控制效果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果