基于RTWT的自动控制实验系统开发

发布时间：2017-09-28 16:06

  本文关键词：基于RTWT的自动控制实验系统开发

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【摘要】：实验教学是高等教育中工科专业最重要的教学环节之一。实验条件是反应高校教育教学水平的一项重要指标。目前,自动化专业的《自动控制理论》课程实验仍然是在传统的模拟实验箱上进行或是开设Matlab数字仿真实验,可以满足反馈控制理论部分的教学需要,但不涉及状态反馈及其它的控制方法。初学者很难由此建立起工业控制系统直观的概念,对于实际控制系统的构成、控制系统中可能存在的问题以及各种控制理论的思想和方法如何应用于解决这些问题不能真正理解,而且很难开展自主实验,学生在实验过程中参与度不高对于学生动手能力的锻炼效果甚微。RTWT是基于Matlab/RTW的附加产品,采用实时内核保证应用程序实时运行,与一台PC机即可构成半实物仿真系统。其成本低,平台开放,且能够充分利用Simulink仿真软件的强大功能,自由往返于控制系统设计的各个阶段。因此,本文设计了基于RTWT的自动控制半实物仿真教学实验系统。设计的主要内容有:结合实验室现有的工控机、研祥数据采集卡、EL-AT-Ⅲ型模拟实验箱、锅炉等被控对象搭建了基于RTWT的半实物仿真实验系统。设计采集卡与EL-AT-Ⅲ型模拟实验箱、锅炉等被控对象的连接电路;建立硬件驱动模块库、对象模型模块库;开发友好便捷、功能完善的GUI。在此基础上进行自动控制基础理论的实验设计与实现,给出每个实验的设计方案和测试结果。最后将实验系统用于复杂控制系统和先进控制算法的研究。设计了倒立摆控制系统的实验,针对摆角控制设计了离散和连续论域的模糊控制器;搭建了以实际锅炉为对象的压力控制实验系统,设计了模糊和内模PID控制器。该系统很好地解决了《自动控制理论》课程实验中存在的问题,且图形界面直观、简洁。测试结果表明:系统运行可靠性高、开放性好,便于开设自主实验项目。
【关键词】：RTWT 半实物仿真 自动控制实验系统 GUI 复杂控制系统
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP13-4;G642
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外的研究概况10-13
• 1.2.1 控制理论教学实验系统的研究概况10-11
• 1.2.2 半实物仿真技术的研究概况11-13
• 1.3 论文内容安排13-15
• 第二章 基于RTWT的半实物仿真实验系统总体方案设计15-29
• 2.1 系统的总体架构15-16
• 2.2 RTWT实时仿真的实现16-23
• 2.2.1 Matlab/RTWT实时仿真环境17-20
• 2.2.2 实时仿真的实现过程20-23
• 2.3 实验系统模块库的建立23-26
• 2.3.1 C MEX S-函数的编写23-25
• 2.3.2 模块库的建立25-26
• 2.4 控制算法的实现方法26-27
• 2.5 实验系统的实验内容体系27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 人机界面的设计29-37
• 3.1 Matlab GUI简介29-31
• 3.2 GUI界面设计31-33
• 3.2.1 GUI界面功能需求分析31
• 3.2.2 GUI界面总体设计31-33
• 3.3 程序的设计33-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第四章 基于RTWT的自动控制原理实验设计与实现37-57
• 4.1 控制系统的分析实验设计与实现37-46
• 4.1.1 控制系统的时域分析38-42
• 4.1.2 控制系统的频域分析42-44
• 4.1.3 控制系统的稳定性分析44-46
• 4.2 控制系统的串联校正实验设计与实现46-49
• 4.3 非线性控制系统实验设计与实现49-52
• 4.4 带状态观测器的状态反馈实验设计与实现52-55
• 4.5 小结55-57
• 第五章 其它复杂控制系统实验设计与实现57-69
• 5.1 倒立摆控制系统57-61
• 5.1.1 一级倒立摆系统的数学模型57-58
• 5.1.2 连续论域模糊控制器的设计与实现58-60
• 5.1.3 离散论域模糊控制器的设计与实现60-61
• 5.2 锅炉压力控制系统61-68
• 5.2.1 RTWT环境下锅炉压力控制系统的构建61-63
• 5.2.2 锅炉压力系统模糊控制器的设计与实现63-67
• 5.2.3 锅炉压力系统内模PID控制器的设计与实现67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 论文总结69
• 6.2 对进一步工作的展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 附录77-79
• 攻读学位期间发表的学术论文目录79-80

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本文编号：936768