四容系统实验装置设计及算法研究

发布时间：2017-06-12 03:11

  本文关键词：四容系统实验装置设计及算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着生产的发展和工艺水平的不断提高,越来越多具有时滞、非线性、耦合的复杂被控对象应用到实际的生产过程中。通常情况下将简单的控制算法,如PID控制器,应用于复杂的被控对象难以达到预期的控制效果,因此非常有必要研究用先进控制算法来实现对复杂被控对象的控制。如果先进控制算法缺乏实物验证,先进的控制算法投入实际应用将会是一个很长的周期。因此根据过程控制中典型对象的特性,开发一套具有工业背景的实验装置具有很重要的现实意义。本课题为满足自动化专业教学和学术理论研究需要,自主设计研发了一套四容系统实验装置。实验装置分为硬件部分和软件系统两部分。硬件上采用了工控机、PCI数据采集卡、压力传感器、隔膜泵等工业生产中常用的设备,搭建了硬件平台并对硬件进行了测试。软件系统采用MATLAB软件实现,根据系统功能特点实行模块化设计。利用MATLAB强大的数据处理能力和对硬件的良好支持,通过MATLAB编程的方法实现系统的通讯和控制需求,最后利用MATLAB/GUI设计可视化操作界面,实现四容系统的集成。通过操作界面,可以实现实验参数的配置、数据采集与存储、控制过程的动态显示等功能。本文还对软件系统的移植进行了研究,使软件系统能够脱离MATLAB环境使用。本文介绍了根据伯努利方程建立的系统机理模型,并通过系统辨识的方法获得系统传递函数的相关参数。根据四容系统的特性分别设计了基于辨识模型的内模控制器和基于机理模型的H_∞状态反馈控制器。最后将设计的控制器在四容系统实验装置上进行实验验证,取得了预期的控制效果,达到了实验装置设计的目的。四容系统实验装置是一个开放的实验平台,能验证多种先进的控制算法,为自动化相关专业的学生和科研人员提供了一套性能稳定、操作简单的实验装置。
【关键词】：四容系统 MATLAB 内模控制 H_∞控制
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 多容水箱的研究现状9-12
• 1.2.2 控制算法研究现状12
• 1.3 本课题主要工作及章节安排12-14
• 第2章 实验装置硬件设计14-22
• 2.1 实验装置的总体设计14-15
• 2.2 实验装置硬件设计15-19
• 2.2.1 水槽和水箱15-16
• 2.2.2 检测机构16-17
• 2.2.3 水泵及调速机构17-18
• 2.2.4 数据采集卡18-19
• 2.2.5 工控机19
• 2.3 数据采集卡的安装和测试19-21
• 2.3.1 数据采集卡的安装19-20
• 2.3.2 数据采集卡测试20-21
• 2.4 本章小节21-22
• 第3章 软件系统设计22-40
• 3.1 软件系统构成22-23
• 3.2 操作界面设计23-27
• 3.2.1 开发环境介绍23-25
• 3.2.2 软件系统操作界面25-27
• 3.2.3 GUI程序设计27
• 3.3 数据采集模块27-31
• 3.3.1 数据采集卡参数配置27-29
• 3.3.2 DAQNavi在MATLAB中的应用29-30
• 3.3.3 数据采集功能实现30-31
• 3.4 图形显示模块31-32
• 3.5 模拟信号的标度变换32-39
• 3.5.1 液位传感器信号的标度变换33-37
• 3.5.2 水泵控制信号的标度变换37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 四容系统数学模型40-50
• 4.1 四容系统工作原理40
• 4.2 四容系统数学模型40-43
• 4.3 四容系统参数辨识43-49
• 4.3.1 阶跃响应法系统辨识43-46
• 4.3.2 四容系统参数辨识46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 四容系统控制算法实现50-63
• 5.1 内模控制50-55
• 5.1.1 内模原理50-52
• 5.1.2 分散内模控制52-54
• 5.1.3 仿真分析54
• 5.1.4 内模控制实验54-55
• 5.2 H_∞状态反馈控制55-62
• 5.2.1 H_∞控制理论55-56
• 5.2.2 H_∞状态反馈控制器设计56-58
• 5.2.3 四容水箱 H_∞控制58-60
• 5.2.4 仿真与分析60-61
• 5.2.5 H_∞控制实验61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 参考文献65-70
• 附录70-73
• 1 PCI-1710U数据采集卡主要参数70-71
• 2 实验装置软件系统移植71-73
• 作者简介及研究成果73-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 叶柄能;陈力;;时延估计柔性空间机器人鲁棒H_∞控制及振动抑制[J];空间科学学报;2016年02期

2 郑平旭;江浩;龙新华;孟光;;基于H_∞的铣削加工振动主动控制[J];振动与冲击;2014年05期

3 敖茂尧;;串级液位控制系统的改进粒子群神经网络PID控制研究[J];计算机测量与控制;2014年01期

4 李东武;张跃;储海荣;贾宏光;;基于H_∞回路成形的无人机纵向鲁棒控制器研究[J];计算机测量与控制;2012年12期

5 廖光煌;李秋红;卢辰昊;黄金泉;;涡轴发动机LQ/H_∞抗扰控制方法[J];航空动力学报;2012年09期

6 乔茂伟;韦永斌;;基于PSO的神经网络PID在液位控制中的应用[J];自动化与仪表;2012年09期

7 邓泓;孙兆伟;仲惟超;;控制输入受限的拦截卫星轨道鲁棒H_2/H_∞控制[J];控制理论与应用;2012年09期

8 陈永新;柯尊忠;伍德林;;精校机电液位置伺服系统的广义预测控制[J];机床与液压;2011年09期

9 李训杰;刘剑;王维庆;;双容神经网络解耦控制的在线实现[J];计算机应用与软件;2010年10期

10 吴夏来;戴文战;;一种改进的广义预测算法及其在三容液位控制中的应用[J];浙江理工大学学报;2010年05期

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1 赵一博;四容水箱过程控制装置设计与实现[D];北方工业大学;2011年

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本文编号：443131