dSPACE在过程控制中的应用

论文摘要

如何采用便捷的方法对所研究的控制算法实施验证是研究人员在设计算法时所要面临的问题。所采用的方法要求能够基于实时的硬件平台,实现用MATLAB/Simulink开发的控制算法,而且能对控制算法进行实时在线调试,并能很快进行反复设计、实验直至找到理想的控制方案。dSPACE实时系统的出现实现了这样的便捷方法。它是由德国dSPACE公司开发的一套基于MATLAB/Simulink的控制系统开发和测试的工作平台,实现了和MATLAB /Simulink的完全无缝连接。其硬件系统可以进行高速计算,软件环境可以轻松实现代码生成/下载和实验/调试。本文基于dSPACE实时系统,以THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置的液位过程为实际被控对象,建立了液位串级控制系统的硬件平台,扩展了实验装置的功能,并在此基础上将单神经元自适应PID控制算法和内模控制算法用于液位调节中。首先,介绍了dSPACE快速原型化的实现。简单阐述了dSPACE实时系统的软件、硬件及基于dSPACE的控制系统开发方法,并在此基础上介绍了基于dSPACE的控制系统的具体设计,其设计包括控制方案设计及硬件连接。控制方案部分介绍了THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置,液位过程采用串级控制,据此采用阶跃响应曲线法建立了液位过程的数学模型。硬件方面给出了基于dSPACE实时系统平台的控制方框图。其次,本文详细介绍了常规PID控制,单神经元自适应PID控制和内模控制算法的控制原理并针对具体的被控对象设计了以上三种控制器,以此来解决液位控制的大滞后,非线性问题。最后,在所设计的dSPACE实时控制系统上进行前述三种控制算法框图的建立与下载,分别对三种控制算法进行了实验验证,分析了实验结果。dSPACE实时控制系统平台具有通用性,可以很方便地进行控制算法的开发和验证,并能够对算法进行反复修改,设计,为研究人员提供了便捷的算法开发及验证平台。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及目的
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究目的
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 dSPACE 实时系统
• 1.2.2 过程控制的发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 dSPACE 快速原型化的实现
• 2.1 dSPACE 实时系统软件
• 2.1.1 MATLAB/Simulink 介绍
• 2.1.2 RTW（Real-Time Workshop）
• 2.1.3 代码生成和下载软件RTI
• 2.1.4 ControlDesk 综合实验和测试环境软件
• 2.2 dSPACE 实时系统硬件
• 2.3 基于dSPACE 的控制系统开发方法
• 2.4 小结
• 第三章 基于dSPACE 的过程控制系统设计
• 3.1 系统总体结构
• 3.2 控制方案设计
• 3.2.1 THJ-3 型高级过程控制对象系统实验装置介绍
• 3.2.2 液位串级控制系统
• 3.2.3 数学模型的建立
• 3.3 系统硬件连接
• 3.4 小结
• 第四章 控制策略
• 4.1 常规PID 控制
• 4.2 神经PID 控制
• 4.2.1 单神经元自适应PID 控制
• 4.2.2 改进的单神经元自适应PID 控制
• 4.3 内模控制
• 4.3.1 内模控制原理
• 4.3.2 内模控制器的一般设计步骤
• 4.3.3 基于液位串级控制系统的内模控制器
• 4.4 小结
• 第五章 基于dSPACE 的过程控制系统算法验证
• 5.1 算法框图的建立与下载
• 5.1.1 RTI 接口模块
• 5.1.2 下载参数设置
• 5.1.3 ControlDesk 监控界面的设置
• 5.2 实验验证
• 5.2.1 常规PID 控制算法的液位控制实现
• 5.2.2 改进的单神经元自适应PID 控制算法的液位控制实现
• 5.2.3 内模控制器的液位控制实现
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录