流量控制系统的设计与仿真毕业论文Word下载.docx

流量控制系统的设计与仿真毕业论文Word下载.docx

《流量控制系统的设计与仿真毕业论文Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《流量控制系统的设计与仿真毕业论文Word下载.docx（29页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

20世纪40年代是几乎主机与控制一体的直接控制。

50年代引进远方控制技术，大多采用电磁式、机械式继电器。

60年代集中化技术被普遍应用，出现了远距离集中监控，进而实现大围控制。

到了20世纪70年代，计算机发展程度较高，在发达国家过程控制自动化得到了普遍应用。

进入20世纪80年代，随着微电子技术、计算机技术、数据通信技术和自动控制理论的迅猛发展，计算机技术在流量自动控制系统中已占压倒优势。

90年代计算机大量应用于流量自动控制系统，各种软件应运而生，在技术或价格上已不存在任何问题。

流量控制系统的核心是控制算法，控制算法是处理输入和控制输出的逻辑处理过程。

在流量的自动控制中出现了先后出现了“经典控制理论”、“现代控制理论”、“智能控制理论”三大部分。

分别适用于不同的控制系统。

PID是最早发展起来的控制策略，算法简单、可靠性高。

美国调水工程由水资源部统一管理运行，控制系统包括计算机、通信和电子设备。

该系统可对泵站和电厂，节制闸的闸门和其他各种设备、实施实行计算机通信、监控、监测和调度。

日本水管理几乎全部实现了自动化。

工程设施和自动化设备均由明确的使用期限，一般规定10~20年更新一次。

监控系统大都采用集中管理的分层分布式结构，即在一个水系上设有中央管理站，采用计算机和遥测、遥控装置对各种泵站、水工建筑物、渠道等进行集中控制，以达到水资源综合利用的目的。

我国当前水力计算机控制系统采用分层分布式的功能结构，分为主控级（上位机）、控制级（现地控制单元、现地采集单元），主控级采用双机互为热备用的方式。

监控系统由主控计算机和现地单元级的人机接口，现场控制、采集单元根据地理条件采用现场总线、无线传输等通讯方式。

从以上分析可以看出，我国当前水利工程计算机控制系统体系结构与国外没有差别，但在管理与控制网络上还不够统一和规，还有一些细节问题上还需要在具体使用环境下做详细的研究、设计和规划，力求达到设计最优、成本最低、运行可靠、操作简单、维护方便等特点。

1.3主要研究容

通过运用MATLAB与SIMULINK仿真系统，验证几种不同的流量控制方案，从中选择一种较好的控制方案，再根据THJ-2型高级过程控制装置对流量这一被控对象进行一系列的控制实验所获得的数据，通过解析法或实验法获取被控对象的传递函数，在力控人机界面设计模拟控制系统并显示控制效果。

2设计软件及设备简介

2.1THJ-2型过程控制装置简介

THJ-2型高级过程控制装置是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置，该系统包括流量、温度、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈————反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。

本装置还可根据需要设计构成DDC，DCS，PLC,FCS等多种控制系统。

本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。

系统动力支路分两路：

一路由三磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计以及手动调节阀组成；

另一路由日本三菱变频器、三项磁力驱动泵、涡轮流量计及手动调节阀组成。

被控对象：

水箱。

包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。

上中下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。

检测装置由流量传感器和转换器组成，流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频之路及盘管出口支路的流量进行测量。

执行机构是电动调节阀、变频器、水泵、电磁阀。

电动调节阀采用智能型电动调节阀，用来进行控制回路流量的调节。

变频器输出用来驱动三相磁力驱动泵。

水泵采用磁力驱动泵，本装置采用两只磁力驱动泵。

电磁阀在苯装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。

本装置的基本配置的控制器有调节仪表、比值器\前馈—反馈补偿器、解耦装置。

（还可根据需要扩展远程数据采集和PLC可编程控制系统）比值器、前馈—反馈装置，此控制器与调节器一起使用可以实现流量的单闭环比值、双闭环比值控制系统试验。

解耦控制装置与调节器一起使用可以实现锅炉胆与锅炉夹套的温度、上水箱液位与出口温度的解耦控制系统实验。

2.2力控组态软件简介

图2.1力控图标

三维力控科技是专业从事监控组态软件研发与服务的高新技术企业，核心软件产品初创于1992年，公司以自主创新为动力，逐渐奠定了在国市场的领先地位。

国产监控组态软件唯一的完整的冗余与热备体系设计，完整的分布式网络结构，持控制设备冗余、多重网络冗余，多客户端冗余、冗余的主从站都可以操作，机监控图形界面与过程数据处理分离，置独立的实时历史数据库。

图2.2力控主界面

实时历史数据库支持Windows/Unix/Linux操作系统，数据库开放接口支持远程访问；

软件具备独立的WebServer，支持WebService接口，支持PDA终端访问方式；

和设备支持多种通讯方式，上千种的驱动程序，支持多协议设备共用一条通讯总线，支持不同通讯链路切换。

力控组态软件特点：

方便、灵活的开发环境，提供各种工程、画面模板、可嵌入各种格式（BMP、GIF、JPG、JPEG、CAD等）的图片，方便画面制作，大大降低了组态开发的工作量；

高性能实时、历史数据库，快速访问接口在数据库4万点数据负荷时，访问吞吐量可达到20000次/秒；

强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功能；

支持操作图元对象的多个图层，通过脚本可灵活控制各图层的显示与隐藏；

全新的、灵活的报表设计工具：

提供丰富的报表操作函数集、支持复杂脚本控制，包括：

脚本调用和事件脚本，可以提供报表设计器，可以设计多套报表模板；

提供在Internet/Intranet上通过IE浏览器以“瘦”客户端方式来监控工业现场的解决方案；

支持通过PDA掌上终端在Internet实时监控现场的生产数据，支持通过移动GPRS、CDMA网络与控制设备或其它远程力控节点通讯支持控制设备冗余、控制网络冗余、监控服务器冗余、监控网络冗余、监控客户端冗余等多种系统冗余方式。

全新的高性能实时、历史数据库。

进程管理器：

可按照配置安全启动、停止各个程序进程，支持进程异常自动处理功能。

可远程监测各进程状态，远程启、停进程，远程上传、下载工程应用或更新程序组件。

图2.3力控进程管理界面

报警、事件处理：

强大的分布式报警、事件处理，支持报警、事件网络数据断线存储，恢复功。

功能强大的、开放的过程可视化监控平台。

报表生成器：

脚本调用和事件脚本。

兼容Excel工作表文件，提供类Excel的绝大部分功能，包括：

编辑功能、计算功能、图表功能等。

支持图表显示自动刷新，可输出多种文件格式：

Excel、TXT、PDF、HTML、CSV等。

可实现多层表头，可以实现报表嵌套，可以制作复杂的报表格式。

具备打印、打印预览、页眉页脚打印功能。

报表实时数据库和各种关系数据库，可显示、处理实时和历史数据。

提供报表设计器，可以设计多套报表模板。

图2.4力控图库

力控组态软件的图库丰富，新版本更重新设计、开发实时和历史趋势、XY曲线、多功能报警、历史报表、总貌画面、温控曲线、ADO历史曲线等标准组件。

新增多功能图片显示、GIF透明动画、CAD图形组件等实用图形工具。

优化、改造了文本输入、下拉框、列表框、复选框、多选按钮、起始时间、时间围、历史追忆等Windows控件。

优化、改造了多媒体播放器、Flash播放器、浏览器、幻灯片等子图。

增加了大批如：

PID调节器、手操器等实用子图。

2.2matlab与simulink编程软件介绍

MATLAB是matrix&

laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。

是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。

它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。

可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户直接进行下载就可以用。

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

　　Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

　　Simulink&

reg;

是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。

对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

　　构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。

Simulink与MATLAB&

紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视