47200字硕士毕业论文四水箱先进控制软件的开发

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：47200字

论点：控制,算法,水箱

论文概述：

本课题的研究实现了一种工业环境下用于多变量非线性等较复杂过程系统的先进控制方法，打破了MATLAB中丰富的先进控制算法一般仅用仿真的局限，利用混合编程的软件技术真正实现了实时工业

论文正文：

简介

1.1研究项目

四水箱是华北理工大学网络自动化实验室开发的网络化多变量非线性过程控制装置。该装置具有非线性、多变量、时延、可调相位等动态特性。一是模拟和优化复杂工业控制系统的控制。该装置还具有过程故障模拟功能，为系统故障诊断和容错控制提供了实验研究平台和算法验证平台。目前，该装置的硬件结构已经设计并安装，但还没有完整的控制算法和相应的控制软件。为了完全实现整套四缸控制系统的开发，更方便地对该装置进行各种控制实验，必须进一步完善其软件系统。
另一方面，在工业控制领域，随着被控对象越来越复杂，控制设计目标越来越高，传统的控制方法已经不能满足现代控制的需要。在这个过程中，一系列先进的控制方法应运而生，并逐渐成为研究的焦点。近年来，预测控制、人工神经网络和混合控制等先进的控制方法已经成为人们关注的焦点。
在实际工业过程中，有一大类复杂系统。我们无法预先知道图像处理的模型信息，或者很难用简单的模型来描述它。近年来，人们逐渐开始研究一种数据驱动的控制方法，即在不知道被控系统的模型信息的前提下，根据被控系统的在线和离线输入输出数据以及通过处理获得的系统知识直接设计控制器。
实际控制经验表明，分段仿射(Piecise仿射，PWA)系统可以代表工业控制中的一大类系统，因为大多数工业过程围绕局部1_工作点的动态特性可以表示为稳定仿射系统。另一方面，向系统施加激励信号，收集系统响应数据，并在所有操作条件下的系统操作数据的基础上，结合系统模型的一些先验信息(包括输入和输出变量选择、模型顺序等)。)进行识别是主要基于数据驱动方法获得系统等效分析模型的有效手段。由于概率加权平均模型的重要代表作用，许多学者积极研究了概率加权平均模型的辨识和基于概率加权平均模型的控制问题。最具代表性的是法拉利-特雷凯特等人基于聚类的辨识算法，以及李少远教授在中国的模糊聚类辨识方法和混合系统预测控制研究。本文在前人研究的基础上，重点研究了四坦克目标的数据驱动分段仿射模型辨识和预测控制的设计与实现。
在控制软件方面，通常采用先进算法的控制软件的设计方法可以分为两种方式:一是不借助Matlab等算法平台的软件独立开发模式；二是基于Matlab等算法核心和相关工具箱的软件开发模式。目前，大多采用第一爪相对高效的开发模式。著名的MATLAB被公认为颍川最优秀的数学软件它不仅具有界面友好、操作简便的用户环境，更重要的是具有强大的数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示能力。其丰富的工具箱为工业控制领域的科学研究和仿真研究提供了强有力的工具。然而，到目前为止，在MATLAB在控制领域的应用中，我们主要得益于其强大的仿真能力，较少的对实际过程的在线控制应用，以及利用其开发接口和面向对象的高级软件实现能力差和软件架构能力弱。由于C#是一种现代的面向对象编程语言，结合了VB方便高效的界面开发和C++强大独立的功能特点，我们在振动台软件设计中采用了MATLAB和C#的混合编程路线。这样，我们就可以集中精力进行Matlab的控制算法设计和C#的接口和软件架构设计。NET，充分利用各自的优势，使软件开发更加高效，便于调试和仿真比较。因此，在对四槽水箱进行高级控制的基础上，通过C#和Matlab的混合编程，实现各种方法的控制界面和算法编程。由于以色列的原因，利用Matlab和C#开发工业控制软件已经成为一种高效实用的软件开发模式。NET混合编程。

3.2四罐预测控制……19-22[/比尔/] 3.2.1多输入多输出预测控制……19-20 [/BR/] 3.2.2四罐预测……20-22
3.3本章概述……22-23
4分段仿射模型辨识与控制……23-46
4.1多输入多输出-多输出飞机模型识别……24-30
4.1.1多输入多输出分段……24-25[/比尔/] 4.1.2多输入多输出系统的波瓦鲁模型……25-27 [/BR/] 4.1.3基于集群的识别……27-30
4.2 HYSDEL模型汇编和多参数……30-37[/比尔/] 4.2.1离散混合自动机……30-32 [/BR/] 4.2.2 HYSDEL混合模型……32-33
4.2.3 HYS德尔……33-36 [/BR/] 4.2.4基于多参数规划预测……36-37 [/BR/] 4.3分段仿射模型……37-45
四箱压水堆核电厂4.3.1型四箱模型……37-38
4.3.2四缸混合动力……38-41
4.3.3希德尔语……41-44
4.3.4 MPC控制……44-45
4.4本章概述……45-46
5四水箱高级控制软件……46-55
5.1 Matlab和。NET环境混合编程……46-48
5.1.1……46-47基于[共享图书馆/br/] 5.1.2……47基于组件
5.1.3使用ActiveX控件……47-48 [/BR/] 5.1.4基于MATLAB引擎库……48

结论与展望
本文重点介绍了四缸先进控制算法及相关软件的实现方法。针对实验室自主设计开发的四罐实验对象，本文提出了一种基于网络化工业环境的C1控制方案，能够实现复杂工业对象的先进控制算法。测试了几种先进的控制算法，成功实现了多变量预测控制算法的设计。主要研究分段仿射模型的辨识算法和基于多参数规划的预测控制算法。实现了一种非线性多变量工业过程的辨识和控制方法。该方法成功地实现了对四罐模型的稳定控制。与基于普通线性模型的预测控制方法相比，控制效果具有明显优势。最后，通过MATI、AB和。NET中，先进控制的单步算法在Matlab中实现并编译成。NET组件。NET调用。多变量预测先进控制软件在2004年成功开发。NET环境。四缸实时工业环境中的先进控制是在没有Matlab环境下实现的。
四槽实验装置主要针对本科生、研究生及相关科研人员的工业控制教学和科研。本课题的研究实现了工业环境中多变量非线性等复杂过程系统的先进控制方法，突破了MATLAB中丰富的先进控制算法一般只使用J’仿真的局限，利用混合编程软件技术实现了实时工业环境中先进控制软件的设计。本文的工作对今后复杂工业控制策略和软件实现方法的进一步研究具有重要的指导意义。当然，由于本课题涉及许多算法和软件技术，有些方面需要进一步研究，如对四槽水箱的先进控制算法进行更广泛和详细的研究，进一步改进先进控制软件，基于工业环境优化先进控制软件等。然而，由于目前工业领域对先进控制算法和技术的强烈需求，母子过程先进控制软件将有更大的市场前景，这也将促进先进控制算法理论研究与工业实际控制技术发展的结合。