发布时间 : 星期四 文章大学毕业论文-—基于matlab的过程控制系统仿真研究更新完毕开始阅读
它语言的特点。与C、Fortran、Pascal等高级语言相比。MATLAB不但在数字语言的表达与解释方面表现出人—机交互高度一致。还具有如下特点：
(1)超强的数值运算功能 在MATLAB环境中，有超过500种的数字、统计、科学及工程方面的函数可供使用，而且使用简单快捷；
(2)强大的数据可视化功能 MATLAB的图形功能使用户可以进行视觉数据处理和分析；
(3)开放的架构和可延拓的特性(除内部函数外) 所有MATLAB主包文件和各工具包都是可读可改的源文件，用户可以检查算法，修改现在函数。甚至加入自己的函数。构成新的工具包；
(4)丰富的工具箱 最常用的有控制系统工具箱、图像处理工具箱、神经网络工具箱、信号处理工具箱、小波工具箱等等[4]。
1.5 动态系统软件包Simulink简介
Simulink是运行在MATLAB环境下，用于建模、仿真和分析动态系统的软件包，如图1.1所示为Simulink软件系统组成。它包括一个庞大的结构方块图模型，用户可以既快捷又方便地对系统进行建模，仿真而不必写任何代码程序，并且Simulink可以在屏幕上显示数据以及输出数据和图形。Simulink本身就是一种用来实现计算机仿真的软件工具，它是MATLAB的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模与动态仿真的工具平台；用模块组合的方法使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型。同时，Simulink也为控制领域提供大量的仿真模型，以满足控制领域不同用户的需要。
Simulink模型可以用来模拟几乎所有可遇到的动态系统，如模拟线性或非线性、连续或离散或者两者的混合系统。同时，Simulink是开放式的，允许用户定制自己的模块和模块库，而且它比较详实的帮助系统便于应用。
对于建模，Simulink提供了一个图形化的用户界面(GUI)，可以直接用鼠标点击和拖
拉模块的图标建模。这是以前需要用编程语言明确地用公式表达微分方程的仿真软件包所无法比拟的。Simulink包括一个由信号源、接受器、线性和非线性组件以及中间的连接器件组成的模块库，同时可以根据用户自己的需要创建相应的模块。
主控界面简单控制系统界面复杂控制系统界面对象特性的测试PID参数的测试简单系统投运简单均匀控制串级控制系统的应用前馈反馈系统的投运比值调节系统实验结果保存界面数据分析，实验报告界面 图1.1 Simulink 软件系统组成
目前，随着软件的不断升级和计算机技术的飞速发展，Simulink已经在学术和工业领域得到了广泛的应用，世界上很多知名的大公司已经使用Simulink作为产品设计和开发的工具。
1.6 控制系统仿真的一般步骤
(1)建立系统的数学模型。如对象特性测试、PID参数测试、简单系统的投运、简单均匀控制系统、串级控制系统的应用、前馈—反馈系统的投运等实验内容的数学模型。
(2)建立系统的仿真模型，即设计算法，并用计算机程序实现。它是系统的数学模型，并且能被计算机所接受并能在计算机上运行。
(3)运行仿真模型，进行仿真实验，再根据仿真实验的结果，进一步修正系统数学模型和仿真模型[5]。
第二章 过程控制系统概述
2.1 过程控制中常见的控制系统
2.1.1 单回路控制系统
单回路反馈控制系统简称单回路控制系统。再所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种，因此，它又称为简单控制系统。
+给定偏差液位-控制器 测量控制阀对象变送器
图2.1 单回路控制系统方框图
图2.1所示为一个单回路控制系统。它能够抵制施加在系统上的干扰因素，系统过渡过程具有过渡时间较小、最大偏差较小、系统稳定性较高等特点。采用单回路比例积分控制系统即可抵制干扰因素对液位的影响，能满足一般生产工艺对液位过程控制的要求。
2.1.2 串级控制系统
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
-主控制器副控制器控制阀副对象主对象-副变送器主变送器
图2.2 串级控制系统方框图
如图2.2所示，前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量(主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。 2.1.3 前馈控制系统
下图2.3为前馈控制系统方块图。
F(s)GPD(s)Gff(s)GPC(s)Y(s)
图2.3 前馈控制系统方块图
前馈控制系统特点：
(1)前馈控制是按照干扰作用的大小进行控制的，如控制作用恰到好处，一般比反馈控制要及时。
(2)前馈控制是一种开环控制，控制效果得不到检验。 (3)前馈控制使用的是视过程特性而定的“专用”控制器。 (4)前馈控制只能抑制可测而不可控的扰动对被调参数的影响。
在设计和应用前馈控制时，首先要了解扰动的性质。如果扰动是可测可控的，则只要设计一个定值控制系统就行了，如果扰动是不可测的，那就不能进行前馈控制；如果扰动是可测而不可控的，则可设计和应用前馈控制。