第４
６卷第１２期 ２
０１２年１２月上海交通大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＧＨＡＩ
ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＶｏｌ．４６Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２０１２
收稿日期：２０１２－０７－
２４基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００９ＡＡ０４Ｚ１５７
）作者简介：王 芳（１９８７－）
，女，山东菏泽市人，硕士，主要研究方向为钢铁烧结过程碳效计算．吴 敏（联系人），男，教授，博士生导师，电话（Ｔｅｌ．）：０７３１－８８８３６０９１；Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉｎ＠ｃ
ｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ． 文章编号：１００６－２４６７（２０１２）１２－１９６７－
０４＋１９７６可视化过程控制实时仿真系统设计与开发
王 芳， 吴 敏， 娄明山， 曹卫华
（中南大学信息科学与工程学院，先进控制与智能自动化湖南省工程实验室，长沙４１００８３）摘 要：针对复杂工业过程建模与仿真设计的特点和要求，设计并实现了一套面向典型过程控制的集组态、仿真和监控一体化的可视化实时仿真系统．系统结构主要包括前台用户操作、中间数据通信和后台仿真计算３部分，采用面向对象和模块化的设计思想，通过ＶＣ＋＋编程，将组态界面和原理界面与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型整合在一起，实现了工艺流程组态图和原理图的可视化、仿真计算、曲线显示和与外部ＰＬＣ实时通信等功能，可供控制系统的生产过程模拟、半实物实时仿真、参数设置以及工艺流程学习等过程使用．测试表明，所设计的系统操作简单，界面美观，通用性强，易于二次开发．
关键词：可视化过程控制；组态图；原理图；实时仿真中图分类号：ＴＰ
３１ 文献标志码：ＡＤｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ ｏｆ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ＣｏｎｔｒｏｌＲｅａｌ－Ｔｉｍｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙ
ｓｔｅｍＷＡＮＧ Ｆａｎｇ， ＷＵ Ｍｉｎ， ＬＯＵ Ｍｉｎｇ－
ｓｈａｎ， ＣＡＯ Ｗｅｉ－ｈｕａ（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
ａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ，ａ ｓｕｉｔ ｏｆ ｖｉｓｕａｌ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂ－ｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｃｏｎｆｉｇ
ｕｒａｔｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒ，ｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｕｓｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄ－ｉｎｇ
ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｍｏｄｕｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉ－ｐｌｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ＶＣ＋＋ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｕｓ ｒｅａｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｇｒａｐｈ ａｎｄ ｓｃｈｅｍａｔｉｃ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｃｕｒｖｅ ｄｉｓｐｌａｙ
ａｎｄ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ＰＬＣ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｅｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｒｅａｌｉｚｅ ｓｅｍｉ－ｐｈｙｓｉ－ｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｅａｒｎ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｍａｎｙ
ａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈ ａｓ ｓｉｍｐｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｂｅａｕｔｉｆｕｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｓｔｒｏｎｇ ｃｕｒｒｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｇｒａｐｈ；ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 流程工业过程控制系统对象具有体积大、
污染大和能耗高等特点，具有多变量、强耦合和不确定性
等复杂特性，而且大多数工业系统开发都涉及编程、仿真和工控组态等多种软件，难以在实验室引进，限
制了相关系统的开发．由于多种软件的频繁切换加大了现场工作人员的管理难度，故亟需开发一套面向过程控制的集组态、仿真和监控一体化的可视化仿真系统．
Ｍａｔｌａｂ提供了灵活的程序设计流程、高效的复杂算法和便捷的程序接口等，适于开发复杂工业过程控制系统仿真的软件，但其界面功能简单，难以根据需求进行扩展．而仿真系统设计若单使用高级语言编程，会使编程复杂、开发周期长．因此，在各个领域广泛开展了各种类型的复杂过程控制系统仿真平
台［１－４］研究，如济南大学的张煌［５］以组态软件建立流
程画面开发了ＤＣＳ仿真组态软件，燕山石化公司和中国科学技术大学合作建立的以ＤＣＳ为仿真对象的化工过程仿真培训系统，虽取得不错的效果，但其通用性和实时仿真方面具有一定的局限，且不具备控制原理可视化的特点．
为此，本文以实现快速高效的工业过程控制仿真系统开发为原则，同时准确、形象地描述被控对象的动态特性，将ＶＣ＋＋与绘图软件和工控组态技
术［
６－
７］相结合，实现工艺流程组态图和控制原理图可视化；以Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ作为后台，实现系统的仿真计算，完成过程控制仿真系统的开发；通过与ＰＬＣ通信接口，实现仿真系统与外部设备的实时通信．
１ 实时仿真系统的结构
根据系统需求和各部分的不同功能，
将面向典型过程控制的实时仿真系统结构分为前台用户操作、
中间数据通信和后台仿真计算３个部分，如图１所示．采用模块化的设计思想，开发相对独立的功能模块，通过数据通信接口进行数据交换，以及各个环节动态加载和相互组合，提高了实时仿真系统的效率，并提供统一的接口方便用户能够进行二次开发
．
图１ 实时仿真系统整体结构图
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｙ
ｓｔｅｍ 用户操作处于仿真系统操作前台，
面向使用系统的现场操作人员，通过ＶＣ＋＋调用Ｖｉｓｕａｌ Ｇｒａｐ
ｈ（ＶＧ）软件［８］
和ＴｅｅＣｈａｒｔ控件［９］实现，
完成组态图和原理图搭建、
参数设置、组件库和控件库创建、实时和历史曲线显示等功能，为用户提供形象化且操作简单快捷的实时可视化仿真界面．
数据通信处于仿真系统的中间部分，是连接用户操作与仿真计算的枢纽，是以串行化技术、Ｓｉｍｕ－ｌｉｎｋ模型对象存储技术和ＡＤＯ连接Ｅｘｃｅｌ技术为
基础，完成用户操作、仿真计算和外部设备连接ＰＬＣ之间数据交互，并将模型数据和仿真运行数据统一存储管理．
仿真计算处于仿真系统的后台，是以ＶＣ＋＋调
用Ｍａｔｌａｂ引擎执行Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真命令［１０－１１］来实现的，完成将原理图镜像生成Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制结构图和
读取系统模型数据进行模型计算等功能，获得Ｍａｔｌａｂ实时仿真数据，供组态图的数据显示、模型计算和实际数据的下发．
２ 实时仿真系统的实现
运用组态技术、
仿真计算原理和信息通信技术，通过ＶＣ＋＋对图形软件和Ｍａｔｌａｂ仿真软件的调用设计并实现可视化实时仿真系统．通过连接ＰＬＣ的通信接口，以ＶＣ＋＋为中心，实现系统与外部设备的实时数据交换．
２．１ 基于图形软件的系统界面
通过设计实现ＶＣ＋＋对ＶＧ图形软件和
ＴｅｅＣｈａｒｔ图形控件的调用，
完成界面分布设计、组态图和原理图建立、
实时曲线和历史曲线建立，实现仿真系统的可视化和后台仿真计算．
２．１．１ ＶＣ＋＋对Ｖｉｓｕａｌ Ｇｒａｐ
ｈ的调用 ＶＧ是一套强大的交互图形开发平台，它能非常方便地建造基于矢量图形的界面、制作各种图形元件、实现图形管理、制作监控系统和绘图系统等．采用ＶＧ作为系统的开发软件，充分利用了其提供的功能模块和脚本语言，制定了组件和控件图形的开发规则、标签的命名存储规则、图形端口的连接规则和脚本语言的调用规则等．
系统界面分布设计、组件库和控件库的创建和管理、组态图、原理图及参数设置等主要由ＶＣ＋＋加载ＶＧ控件和更改控件的相关属性来完成．系统界面的组成与功能如下：组态图形象地显示了工厂工艺流程，实现了对象实时数据显示、建模方式选择和自定义组件等功能；
原理图显示了系统的控制结构框图，实现了输入信号选择、控制器的选择和自定义控件等功能．参数设置设定初始状态、边界条件和
８
６９１上 海 交 通 大 学 学 报
第４６卷
初始输入等广义对象参数，控制器参数、信号值和信号产生方式等输入参数，仿真时间和采样周期等仿真参数．
２．１．２ ＶＣ＋＋对ＴｅｅＣｈａｒｔ的调用 ＴｅｅＣｈａｒｔ是一个提供了数以百计的２Ｄ图形风格、不限数量的坐标轴等的图表控件．系统采用ＶＣ＋＋调用ＴｅｅＣｈａｒｔ控件的数据显示函数实现实时曲线、历史曲线和支持多曲线显示．
实时曲线是显示实时观测输出的运行时数据，是将ＴｅｅＣｈａｒｔ控件嵌入到一个实时曲线显示对话框中，调用并改写ＴｅｅＣｈａｒｔ控件底层的ＡＰＩ函数，例如ＡｄｄＳｅｒｉｏｕｓ（）和ＡｄｄＸＹ（）等来实现，实现实时曲线具有自定义纵坐标、改变颜色、放大和缩小等功能．
历史曲线为用户提供某一段时间内的所有数据，以方便用户对过去的生产情况进行分析．其实现主要采用了ＡＤＯ连接Ｅｘｃｅｌ技术与ＴｅｅＣｈａｒｔ控件的ＡＰＩ函数，例如ＡｄｄＳｅｒｉｏｕｓ（）、ＡｄｄＣｕｓｔｏｍ（）、ＳｅｔＰｏｓｉｔｉｏｎ－Ｐｅｒｃｅｎｔ（）、ＳｅｔＣａｐｔｉｏｎ（）、ＳｅｔＣｏｌｏｒ（）以及ＳｅｔＶｅｒｔｉｃａｌ－Ａｘｉｓ－Ｃｕｓｔｏｍ（）等，实现数据从Ｅｘｃｅｌ导入、指定时间段曲线显示、缩放和改颜色等功能．２．２ 基于Ｍａｔｌａｂ的仿真计算
根据仿真系统原理图，为获得控制系统的实时仿真数据，需要后台仿真计算支持．系统仿真计算的实现是以Ｍａｔｌａｂ仿真软件为模型计算环境、Ｓｉｍｕ－ｌｉｎｋ仿真结构图为运行依据，在系统编译成功后自动循环运行，为实时仿真提供数据支持．２．２．１ 生成Ｓｉｍｕｌｉｎｋ镜像 对于主程序界面已建立好的原理框图，采用ＶＣ＋＋连接Ｍａｔｌａｂ引擎方式，通过生成Ｓｉｍｕｌｉｎｋ镜像获得Ｓｉｍｕｌｉｎｋ可以识别的仿真图，将原理框图图形与Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真图绑定在一起，是利用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境在后台进行模型计算的前提．
２．２．２ 模型计算 典型的过程控制系统是由广义对象（简称为对象，包含被控对象、控制阀、测量变送器）和控制器两部分组成，需要对广义对象和控制器建模．组件和控件不仅是实际对象的图形表现，还应该包含了该对象的实际数学模型．系统通过模块化的设计结构，采用ＶＣ＋＋调用Ｍａｔｌａｂ引擎方式连接Ｍ文件和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块，实现基于传递函数、状态空间、神经网络和曲线拟合４种建模方式以及ＰＩＤ控制器、模糊控制器、专家控制器等，各模型模块均可在原标准模块基础上按开发规则自由扩充，每个模型均提供标准数据接口，可从Ｅｘｃｅｌ表格数据源获取对象数据．２．３ 实时数据通信
实时数据通信是将组态图／原理图、仿真计算和外部硬件连接起来，既包括系统内部通信，又包含系统与外部硬件的通信，并将相关模型数据和运行数据保存．
２．３．１ 系统内部通信 系统内部数据通信仅存在于用户操作内部、用户操作与仿真计算之间和仿真计算内部，是在运行时组态图、原理图和Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块间相关联变量的数据交换，通过三者之间使用同一命名变量来实现．
仿真计算的实现是以ｗｏｒｋｓｐａｃｅ作为数据交换中心，通过Ｔｉｍｅｒ定时器触发数据连续交换的链接．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真计算时所需的镜像信息则可通过ＶＣ＋＋调用Ｍａｔｌａｂ引擎执行Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真命令来实现，将Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真运行时模型计算所产生数据上传到Ｍａｔｌａｂ ｗｏｒｋｓｐａｃｅ保存，该数据也可在原理图与组态图中进行动态数据显示和查看实时／历史曲线．
２．３．２ 与ＰＬＣ通信 仿真系统设计了通过ＰＬＣ通信接口实现与外部设备进行数据交换．系统与ＰＬＣ的通信保证了仿真软件的各种数据能够通过ＶＣ＋＋调用Ｐｒｏｄａｖｅ工具箱函数［１２］连接ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ模块进行数据下发和接收．
根据对象与控制器的连接方式，ＰＬＣ通信的实现使得系统存在３种仿真模式，虚拟控制器控制虚拟对象、虚拟控制器控制实际对象和实际控制器控制虚拟对象，前者是指控制器采用系统内部控制器和被控对象采用用户自给定的方式进行建模且不与外部硬件相连的离线仿真．后２种都是通过ＰＬＣ通信接口连接的半实物在线仿真，前者是系统内部控制器控制实际对象，而后者是外部ＰＬＣ控制器控制内部虚拟对象．数据交换流程如图２所示．２．３．３ 数据管理 为了方便用户进行仿真系统的创建、保存和再次编辑等操作，采用工程化思想，实现模型数据管理和运行数据管理．前者负责管理用户构建的工业对象的有关信息，包括对象模型信息、控制器信息、输入／输出信息和控件间连线关系等；后者则负责管理仿真运行过程中产生的各种数据，包括设定参数信息、仿真运行数据和下载信息等．
３ 仿真实例
图３所示为单回路水箱液位ＰＩＤ控制系统．采用虚拟控制器控制实际对象仿真模式，验证可视化实时仿真系统的可行性．由于出水口电磁阀不可控，仅研究水箱的进水控制问题．组态图中液位罐代表
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６
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１
第１２期王 芳，等：可视化过程控制实时仿真系统设计与开发
图２ 数据通信程序流程图
Ｆｉｇ．２ Ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇ
ｒａｍ ｆｌｏｗｃｈａｒ
ｔ图３ 单回路水箱液位ＰＩＤ控制系统
Ｆｉｇ．３ Ｔａｎｋ ｌｅｖｅｌ ｓｉｎｇｌｅ ｌｏｏｐ
ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ被控对象水箱，其外形为上面是倒立圆锥台、下面是圆柱．进水口变频器是执行机构，出水口电磁阀开度为固定值，底层储水箱作为存水容器．更改输入值或调整ＰＩＤ控制器参数，查看并记录水箱实时液位跟踪系统输入的实时曲线，如图４所示
．
图４ 系统实时曲线Ｆｉｇ
．４ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅ４ 结 语
通过Ｖ
Ｃ＋＋与Ｍａｔｌａｂ混合编程，设计开发了一套面向典型过程控制系统的可视化实时仿真系统，集工艺组态图显示和控制原理可视化、实时仿真及控制于一体，并验证了系统的有效性．系统具有虚拟控制器控制虚拟对象、
虚拟控制器控制实际对象和实际控制器控制虚拟对象３种仿真模式，有用户操作简单、人际界面友好、易扩充、生成文件占用资源少等优点，在二次开发、过程控制相关知识的培训和高校实验室建设等方面具有广阔的应用前景．参考文献：
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７９１上 海 交 通 大 学 学 报
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１上 海 交 通 大 学 学 报第４６卷
交通信控制仿真系统开 发 The manuscript was revised on the evening of 2021
摘要 随着我国经济的增长，人民的生活越来越好。汽车作为一种代步工具，得到了许多人的青睐，很多人都买了车，这直接导致了城市的交通压力剧增，城市道路经常会出现交通堵塞的情况。交通事故的频发时刻在提醒着我们需要一个更加智能的交通控制系统。随着计算机的普及，各行各业在日常的生产中依赖于计算机的情况越来越普遍。智能交通也有了一席之地，利用计算机技术来控制交通逐渐演变成了新型的交通控制方式。在一个交通控制方案正式投入使用之前，需要对其可行性进行精准的可行性分析。否则，如果这个方案有错误，将会直接带来巨大的经济损失，以及对人民的生命安全带来巨大的威胁。在这样的前提下，智能交通控制系统的仿真就应运而生了。智能交通仿真可以在无真人参与的情况下，实际模拟出交通运行的真实情况，极大的方便了交通控制方案的可行性的检验，并且可以节省许多成本。 【关键词】交通压力计算机交通控制仿真 Abstract With the development of China’s economy, people’s life becomes better and better. As a tool of transportation, vehicles are becoming more and more popular .Many people in our country have cars which directly cause the dramatic increase of the traffic pressure and many traffic jams in our city every day. Many traffic accidents remind us that we need a more intelligent traffic control system. With the popularity of computers, relying on using computers in our diverse daily productions will be more and more pervasive. Intelligent transportation also can play
基于Web的实验教学管理系统的设计与实现 陈兵陈六平* （中山大学化学与化学工程学院广州510275） 摘要本文阐述了基于Web的实验教学管理系统的开发与设计思想，以及应用ASP技术实现其前 台和后台信息交互的方法及过程。发展了一个新的实验教学管理模式，对于促进实验教学实施科学 的网络化和信息化管理具有现实意义。 关键词基于Web，实验教学管理系统，C/S模型，Web服务，数据库系统。 Internet的迅速发展及校园网的建成，加快了高校教学网络化的进程。整个社会信息变革的同时，学校也面临信息化管理的挑战。作为教学管理的一个重要环节，实验教学管理要负责教学、教研、考核、管理等多项任务，工作复杂、繁琐，模式固定，信息交换频繁。因此，针对某些学科专业的基础实验课程，非常有必要建立一个基于Web的实验教学管理系统。覆盖了全校的校园网络为建立基于Web的管理信息系统提供了良好的基础。而各部门计算机的普及，使用计算机的人员越来越多，这就为管理系统的运行和维护提供了人员保障。另外，管理系统的建立也有利于各级领导及时、全面地了解实验教学情况。 针对化学基础实验课程的教学特点，本文设计开发了一套实验教学网络管理系统，下面对此予以介绍。 1.系统设计目标 基于Web的实验教学管理系统应当具备这样的功能[1]：在校园内任何一台联网计算机上，学生可以进行实验项目的相关查询，教师也可以方便地登录学生实验的成绩；有合理的成绩评定方式，能充分发挥奖勤罚惰的作用；有相应的安全保障，避免预约信息资料的丢失或破坏，以及实验成绩不被篡改；具有很强的统计及报表输出功能；能够建立起有效的师生交流渠道等。 *基金项目：中山大学化学学院创新化学实验研究基金（批准号：01005）资助。 第一作者：陈兵（1980年），中山大学化学与化学工程学院98基地班 通讯联系人：陈六平副教授 E-mail:cesclp@https://www.doczj.com/doc/b518967672.html,
过程控制系统Matlab/Simulink 仿真实验 实验一 过程控制系统建模 ............................................................................................................. 1 实验二 PID 控制 ............................................................................................................................. 2 实验三 串级控制 ............................................................................................................................. 6 实验四 比值控制 ........................................................................................................................... 13 实验五 解耦控制系统 . (19) 实验一 过程控制系统建模 指导内容：（略） 作业题目一： 常见的工业过程动态特性的类型有哪几种？通常的模型都有哪些？在Simulink 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线。 作业题目二： 某二阶系统的模型为2 () 22 2n G s s s n n ?ζ??= ++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ?两个参数。试利用Simulink 仿真两个参数的变化对二阶系统输出响应的影响，加深对二阶 系统的理解，分别进行下列仿真： （1）2n ?=不变时，ζ分别为0.1, 0.8, 1.0, 2.0时的单位阶跃响应曲线； （2）0.8ζ=不变时，n ?分别为2, 5, 8, 10时的单位阶跃响应曲线。
交通信控制仿真系统开 发 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
摘要 随着我国经济的增长，人民的生活越来越好。汽车作为一种代步工具，得到了许多人的青睐，很多人都买了车，这直接导致了城市的交通压力剧增，城市道路经常会出现交通堵塞的情况。交通事故的频发时刻在提醒着我们需要一个更加智能的交通控制系统。随着计算机的普及，各行各业在日常的生产中依赖于计算机的情况越来越普遍。智能交通也有了一席之地，利用计算机技术来控制交通逐渐演变成了新型的交通控制方式。在一个交通控制方案正式投入使用之前，需要对其可行性进行精准的可行性分析。否则，如果这个方案有错误，将会直接带来巨大的经济损失，以及对人民的生命安全带来巨大的威胁。在这样的前提下，智能交通控制系统的仿真就应运而生了。智能交通仿真可以在无真人参与的情况下，实际模拟出交通运行的真实情况，极大的方便了交通控制方案的可行性的检验，并且可以节省许多成本。 【关键词】交通压力计算机交通控制仿真 Abstract With the development of China’s economy, people’s life becomes better and better. As a tool of transportation, vehicles are becoming more and more popular .Many people in our country have cars which directly cause the dramatic increase of the traffic pressure and many traffic jams in our city every day. Many traffic accidents remind us that we need a more intelligent traffic control system. With the popularity of computers, relying on using computers in our diverse daily productions will be more and more pervasive. Intelligent transportation also can play
教务管理系统开发 目录 1 IT项目管理课程设计任务书 (1) 1.1 题目 (1) 1.2 要求 (1) 2 总体设计 (5) 2.1 总进度计划 (5) 2.2 工作分解 (6) 2.3 网络计划 (7) 3 风险管理 (7) 4数据与成果 (11) 5总结 (11) 6 参考文献 (11)
1 IT项目管理课程设计任务书 1.1 题目 教务管理系统工程项目管理。 1.2 要求 （1）整体要求： 1．系统要求提供教师工作平台和学生工作平台。 2. 系统要求有严格的权限管理，权限要在数据方面和功能方面都要体现。 3. 系统要求有可扩充性，可以在现有系统的基础上，通过前台就可加挂其他功能模块。 （2）通用功能 对于每个教师，登录系统后，都应提供如下功能 l）电子课表：系统根据学校总排课的情况和该教师的任课情况自动生成电子课表各该教师查阅。 2）会议通知和公告：系统根据该教师的权限，自动列出该教师需要查阅的会议通知和公告，同时若具备起草和发布通知和公告，则系统提供相应功能。发送通知和公告应可自由设定相应的权限组。如全体学生、全体老师、一年级全体老师等。 3）日程安排：该日程安排应可分级设定，教师登录后可看到与自己有关的日程，同时能对自己的日程进行安排，日程安排同时需要设置自动提醒动能。 4）个人日记：系统可为每个用户设置一个习于个人记事的功能 5）通讯录：系统自动从教师基本信息和学生基本信息中抽取通讯记录，形成公共通讯录用于用户查询使用，同时应给用户提供一个个人通讯录，该通信录应能够录入、修改、删除、检索。 6）教师答疑：系统自动抽取在学生平台提出的需该教师回答的问题，由教师进行解答，并记录相应的状态。 7）家庭作业：教师课利用此功能对学生进行作业布置和批改。 （三）学校日常业务管理功能 1.招生管理 本功能完成各学校从招生到入学的全部过程。其业务流程图如图2-“招生管理业务流程
摘要 随着我国经济的增长，人民的生活越来越好。汽车作为一种代步工具，得到了许多人的青睐，很多人都买了车，这直接导致了城市的交通压力剧增，城市道路经常会出现交通堵塞的情况。交通事故的频发时刻在提醒着我们需要一个更加智能的交通控制系统。随着计算机的普及，各行各业在日常的生产中依赖于计算机的情况越来越普遍。智能交通也有了一席之地，利用计算机技术来控制交通逐渐演变成了新型的交通控制方式。在一个交通控制方案正式投入使用之前，需要对其可行性进行精准的可行性分析。否则，如果这个方案有错误，将会直接带来巨大的经济损失，以及对人民的生命安全带来巨大的威胁。在这样的前提下，智能交通控制系统的仿真就应运而生了。智能交通仿真可以在无真人参与的情况下，实际模拟出交通运行的真实情况，极大的方便了交通控制方案的可行性的检验，并且可以节省许多成本。 【关键词】交通压力计算机交通控制仿真
Abstract With the development of China’s economy, people’s life becomes better and better. As a tool of transportation, vehicles are becoming more and more popular .Many people in our country have cars which directly cause the dramatic increase of the traffic pressure and many traffic jams in our city every day. Many traffic accidents remind us that we need a more intelligent traffic control system. With the popularity of computers, relying on using computers in our diverse daily productions will be more and more pervasive. Intelligent transportation also can play a role in using the technology of computer to control the transportation which is becoming a new way to control the traffic. Before a new traffic solution is putting into reality using, we need to do lots of analysis about its feasibility whereas if this solution is not correct, it will bring us a huge economic lose and at the same time it is a big threat to people’s life.In this condition, the simulation system of traffic has being come up with. The simulation system of traffic can really simulate the traffic operation without the participation of human beings which is not only very convenient to test the feasibility of the controlling traffic solution but also can save lots of the cost . 【keywords】traffic pressure computer control simulation
二、项目开发计划 1．引言1 1.1编写目的1 1.2项目背景1 1.3定义2 1.4参考资料2 2．项目概述2 2.1工作内容2 2.2条件与限制 2 2.3产品2 2.4运行环境2 2.5服务3 2.6验收标准3 3．实施计划3 3.1任务分解3 3.2进度3 3.3预算3 3.4关键问题3 4．人员组织及分工 3 5．交付期限3 6．专题计划要点3 1．引言 1.1编写目的 此项目开发计划书的编写主要是为了给《教学管理系统》做重要的规划和调整，在整个开发过程中起到引导的作用，以及给读者提供简要的说明。 1.2项目背景 我们小组所要开发的项目是教学管理系统，随着信息时代的发展以及计算机广泛的普及，人们的日常学习办公越来越离不开计算机，而对于学校的教务管理中心和老师来说，若能有一套有效的教学管理系统，无疑会大大的提高办公效率，方便他们对学生信息的管理。因此学院教务管理中心委托我们开发一个功能完善的数据管理软件，能够快速处理学生信息"添加"，"查询"以及"删除"等功能。 1.3定义 Macromedia Dreamweaver 8：网页设计工具 Microsoft SQL Server：数据库工具 静态数据－－系统固化在内的描述系统实现功能的一部分数据 动态数据－－在软件运行过程中用户输入的后系统输出给用户的一部分数据，也就是系统要处理的数据。 数据字典－－数据字典中的名字都是一些属性与内容的抽象和概括，它们的特点是数据的"
严密性"和"精确性"，没有半点含糊。 1.4参考资料 Visual Basic 程序设计基础林永兴中国水利水电出版社2011.1.1 数据库系统实现加西亚莫里亚机械工业出版社2010.1.1 《软件工程（第五版）》张海藩清华大学出版社 《软件工程模型与方法》，肖丁等，北京邮电大学出版社。 《https://www.doczj.com/doc/b518967672.html,+Dreamweaver8案例精粹》武新华等，西安电子科技大学出版社 《信息系统应用与开发案例教程》，陈承欢，清华大学出版社。 2．项目概述 2.1工作内容 教学管理系统主要针对学校以及管理老师 该系统功能如下： 1.能够存储大量学生信息，并能够方便有效的进行学生信息数据操作和管理，这主要包括： 1）学生信息的添加，删除以及修改。 2）学生信息的多键字检索查询。 2.能够对需要的信息可以提供打印输出。 2.2条件与限制 完成本项目需4为同学，又我们小组4名同学共同完成此项目，我们四个分别承担该项目的设计报告与开发等工作。该系统用户为学校以及教务管理中心。 项目完成期限限定在2011年11月15日之前。 2.3产品 2.3.1程序 教务管理系统，JAVA script 数据库。 2.3.2文档 系统开发计划书。 系统需求说明书。 系统设计说明书。 2.4运行环境 软件环境：操作系统：Windows 2000以上数据库：SQL Server 2005 硬件环境：处理器：Inter或者AMD 内存：1 G以上 2.5服务 培训安装，维护和运行支持从使用该系统开始，维护期限为一年。 2.6验收标准 各个功能均能正常使用，并且满足教务管理中心的需求。 3．实施计划 3.1任务分解 韩光辉：可行性研究报告和项目开发计划。 高翔：概要设计说明书。 杨鹏飞：需求规格说明书。 宋兰兰（组长）：详细设计说明书。 3.2进度
中南大学考试试卷（模拟试卷） -- 学年下学期时间 110 分钟 过程控制仪表与控制系统课程 64 学时 4 学分考试形式：闭卷专业年级：总分100分，占总评成绩 70 % 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、填空题（本题10分，每小题1分） 1、DDZ－Ⅲ仪表标准输入信号为。 2、变送器可以通过零点迁移和，来提高仪表的测量精度。 3、调节阀的流量特性是指介质流过控制阀的之间 的关系。 4、通过对干扰通道的分析，干扰通道的放大系数越______越好，这样可减小静差，提高控制 精度。 5、前馈控制是按照进行调节。 6、从一个平衡状态达到另一个平衡状态的过程称为。 7、在锅炉设备的控制中，三大主要的控制系统是：、和 。 8、积分时间愈，积分作愈强。 9、数字PID控制规律主要有位置式和两种。 10、智能控制系统研究的主要内容有：专家控制系统、神经网络控制系统和三 种形式。 二、简答题（本题25分，每小题5分） 1、现场与控制室仪表之间是采用直流电流信号还是采用交流电压信号进行信号传输？为什 么？ 2、写出PID控制规律的数学表达式，并说明式中各符号的意义。 3、电容式差压传感器的结构如下图所示，说明电容式差压变送器测量原理？ 凹形玻璃膜片
4、什么是放大系数K，时间常数T和滞后时间 ？ 5、串级控制系统有哪些特点？主要使用在哪些场合？ 三、计算题（本题32分，每题8分） 1、一台DDZ一Ⅲ型温度比例控制器，测温范围为0～1000℃。当温度给定值由800℃变动到 850℃时，其输出由12mA变化到16mA。试求该控制器的比例度及放大系数？该控制器是属于正作用还是反作用控制器，为什么？ 2、某发酵过程工艺规定操作温度为（40±2）℃。考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给 定值最大不能超过6℃。现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如图所示，试确定该系统的最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（按被控变量进入±2%新稳态值即达到稳定来确定）和振荡周期等过程指标? 3、已知阀的最大流量Q max=100m3╱h，可调范围R=30。 (1)计算其最小流量Q min，并说明Q min是否是阀的泄漏量。 (2)若阀的特性为直线流量特性，问在理想情况下阀的相对行程（l ╱L）为 0.1及 0.9 时的流量值Q。 (3) 若阀的特性为等百分比流量特性，问在理想情况下阀的相对行程为0.1及0.9时的 流量值Q。 4、为了测定某物料干燥筒的对象特性，在t0时刻突然将加热蒸汽量从25m3/h增加到28m3/h， 物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试写出描述物料干燥筒对象的传递函数，温度变化量作为输出变量，加热蒸汽量的变化量作为输入变量；温度测量仪表的测量范围0-200℃；流量测量仪表的测量范围0-40m3/h。 四、分析与应用题（本题33分，第1小题18分，第2小题15分） 1、如图为一蒸汽加热器，物料出口温度需要控制。试分别设计串级控制系统、前馈控制系统
《教学资源管理系统》需求分析设计说明书 学院：信息学院研 13级
学号： 1043113266 姓名：杨涛 目录 一. 引言 (3) 1.1教学资源管理系统的发展 (3) 1.2教学资源管理系统功能和特点 (4) 1.3教学资源管理系统设计目的 (5) 1.4教学资源管理系统开发步骤 (4) 二. 需求说明 (4) 2.1需求分析 (6) 2.2可行性分析 (6) 2.2.1 技术可行性 (6) 2.2.2 经济可行性 (5) 2.2.3 操作可行性 (5)
三. 系统构架及开发工具简介 (7) 3.1应用系统架构方式 (7) 3.1.1 B/S架构概述 (7) 3.1.2 系统体系结构 (6) 3.2开发工具简介 (7) 3.2.1 系统开发技术JSP (7) 3.2.2 ORACLE简介 (7) 四. 概要设计 (8) 4.1系统具体功能 (8) 4.1.1 系统的整体功能模块 (8) 4.1.2 系统的不同用户操作权限介绍 (8) 4.1.3 系统整体界面设计 (8) 4.2系统整体结构设计 (8) 4.2.1 一般用户登陆操作流程介绍 (9) 4.2.2 一般用户登陆后台验证流程介绍 (9) 4.3数据库设计 (10) 4.3.1 逻辑设计 (14) 4.3.2 数据字典设计 (14)
一. 引言 1.1 教学资源管理系统的发展 随着Internet的飞速发展，教学资源的数量与日俱增。如何对这些资源进行有效的管理和组织是相当有必要的。但是，简单地实现以二进制形式组织教学资源、以计算机管理代替人工管理教学资源这个功能是不能满足信息化教育教学的要求的。随着教育改革的深入发展，改变传统课程实施过于强调学生在教室接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、勇于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及合作的能力是当今信息化教学的一个发展方向。即教学的重心开始由“教”转向“学”，使学生完全从教师控制的家教式、被动式学习状态转变为自主学习、双向交流的状态。 目前，美国和英国等发达国家的教育资源管理系统都往网络化方向发展。即在原有功能基础上增加一些实时的教学功能，比如：教师在线解答疑难问题、学生通过观看在线视频、视频点播或者进入虚拟教室来实时地进行学习，这也是我国教学资源管理系统的一个发展趋势。 1.2 教学资源管理系统功能和特点 本系统能实现一般教学资源管理系统应该具有的基本功能。比如：学生用户快速搜索、浏览、下载学校最新公告和其所需教程、课件；教师用户发布课件、上传相关教学辅助材料，对相关课程，教案等进行增加，编辑，删除。教
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
纯滞后环节高阶系统的内模控制及仿真 发表时间：2018-10-18T13:52:34.917Z 来源：《河南电力》2018年8期作者：尚玉廷[导读] 在快响应的电机控制中也能取得了比PID更为优越的效果。IMC设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强，能消除不可测干扰的影响，一直为控制界所重视。37142819790721xxxx 摘要：内模控制（IMC）是80年代初提出的，由Garcia和Morari引进，其产生的背景主要有两个方面，一是为了对当时提出的两种预测控制算法MAC和DMC进行系统分析；其次是作为Smith预估器的一种扩展，使设计更为简便，鲁棒及抗扰性大为改善。内模控制器 （IMC）是内部模型控制器（Internal model controller）的简称，由控制器和滤波器两部分组成，两者对系统的作用相对独立，前者影响系统的响应性能，后者影响系统的鲁棒性。它是一种实用性很强的控制方法，其主要特点是结构简单、设计直观简便，在线调节参数少，且调整方针明确，调整容易。特别是对于鲁棒及抗扰性的改善和大时滞系统的控制，效果尤为显著。因此自从其产生以来，不仅在慢响应的过程控制中获得了大量应用，在快响应的电机控制中也能取得了比PID更为优越的效果。IMC设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强，能消除不可测干扰的影响，一直为控制界所重视。 关键词：内模控制；IMC；鲁棒 经过十多年的发展，IMC方法不仅已扩展到了多变量和非线性系统，还产生了多种设计方法，较典型的有零极点对消法、预测控制法、针对PID控制器设计的IMC法、有限拍法等。IMC与其他控制方法的结合也是很容易的，如自适应IMC，采用模糊决策、仿人控制、神经网络的智能型IMC等.值得注意的是，目前已经证明，已成功应用于大量工业过程的各类预测控制算法本质上都属于IMC类，在其等效的IMC结构中特殊之处只是其给定输入采用了未来的超前值（预检控制系统），这不仅可以从结构上说明预测控制为何具有良好的性能，而且为其进一步的深入分析和改进提供了有力的工具。 1.内模控制基本结构及其性质 内模控制不仅在工业过程控制中获得了成功的应用，而且表现出在控制系统稳定性和鲁棒性理论分析方面的优势。在工业过程中，内模控制用于强耦合多变量过程、强非线性过程和大时滞过程。 内模控制基本结构如图1.1所示。 内模控制方法的关键是获取对象的模型逆，而相当一部分非线性系统的求逆问题可以通过微分几何方法中的动态逆的理论来解决，从而将内模控制与输入输出反馈线性化方法联系起来，而内模控制所具有的鲁棒性正好能够弥补微分几何方法的不足。 2.1 内模控制结构
过程控制系统与仪表习题与思考题 解答
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
银河航空航天大学 课程设计 （论文） 题目复杂过程控制系统设计与Simulink仿 真 班级 学号 学生姓名 指导教师
目录 0. 前言 (1) 1. 总体方案设计 (2) 2. 三种系统结构和原理 (3) 2.1 串级控制系统 (3) 2.2 前馈控制系统 (3) 2.3 解耦控制系统 (4) 3. 建立Simulink模型 (5) 3.1 串级 (5) 3.2 前馈 (5) 3.3 解耦 (7) 4. 课设小结及进一步思想 (15) 参考文献 (15) 附录设备清单 (16)
复杂过程控制系统设计与Simulink仿真 姬晓龙银河航空航天大学自动化分校 摘要：本文主要针对串级、前馈、解耦三种复杂过程控制系统进行设计，以此来深化对复杂过程控制系统的理解，体会复杂过程控制系统在工业生产中对提高产品产量、质量和生产效率的重要作用。建立Simulink模型，学习在工业过程中进行系统分析和参数整定的方法，为毕业设计对模型进行仿真分析及过程参数整定做准备。 关键字：串级；前馈；解耦；建模；Simulink。 0.前言 单回路控制系统解决了工业过程自动化中的大量的参数定制控制问题，在大多数情况下这种简单系统能满足生产工艺的要求。但随着现代工业生产过程的发展，对产品的产量、质量，对提高生产效率、降耗节能以及环境保护提出了更高的要求，这便使工业生产过程对操作条件要求更加严格、对工艺参数要求更加苛刻，从而对控制系统的精度和功能要求更高。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成比单回路系统“复杂”一些的控制系统，如串级控制（双闭环控制）、前馈控制大滞后系统控制（补偿控制）、比值控制（特殊的多变量控制）、分程与选择控制（非线性切换控制）、多变量解耦控制（多输入多输出解耦控制）等等。从结构上看，这些控制系统由两个以上的回路构成，相比单回路系统要多一个以上的测量变送器或调节器，以便完成复杂的或特殊的控制任务。这类控制系统就称为“复杂过程控制系统”，以区别于单回路系统这样简单的过程控制系统。 计算机仿真是在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统随时间变化的过程。通过对过程仿真的分析，得到被仿真系统的动态特性。过程控制系统计算机仿真，为流程工业控制系统的分析、设计、控制、优化和决策提供了依据。同时作为对先进控制策略的一种检验，仿真研究也是必不可少的步骤。控制系统的计算机仿真是一门涉及到控制理论、计算机数学与计算机技术的综合性学科。控制系统仿真是以控制系统的模型为基础，主要用数学模型代替实际控制系统，以计算机为工具，对控制系统进行实验和研究的一种方法。在进行计算机仿真时，十分耗费时间与精力的是编制与修改仿真程序。随着系统规模的越来越大，先进过程控制的出现，就需要行的功能强大的仿真平台Math Works公司为MATLAB提供了控制系统模型图形输入与仿真工具Simulink，这为过程控制系统设计与参数整定的计算与仿真提供了一个强有力的工具，使过程控制系统的设计与整定发生了革命性的变化。
虚拟仿真开发工具 介绍 编写日期2016.7.26
目录Virtools (33) clut3d (99) Quset3D (1313) eon studio (1515) VRP (1818) vr-platform (2424) Unity3D (2626)
Virtools 一、软件网址： 二、软件介绍 Virtools5.0，发布于2011年，后续版本为3D VIA。 2005年达索系统集团大约1200万欧元，收购法国virtools公司， 三、软件主要功能 一、软件特色 ? 全新概念的PCS（Product-Context-Scenario）制作流程，提供各阶层的参与者从初期产品设计、虚拟环境仿真到3D互动操作的完整体验。 ? 整合多种3D软件，延伸商品设计与3D/VR更丰富深度的结合，工业软件的共享格式3D XML（CATIA、DELMIA、ENOVIA、SMARTEAM、SolidWorks）与动画软件3ds Max、Maya、XSI、Lightwave、Collada。 ? 支持DirectX的HLSL与OpenGL 2.0的CgFX着色器语言，包含可用程序编写的顶点（Vertex）及像素(Pixel)着色功能。 ? 先进的播放环境3D Office/ XE/ 3DVIA Players，或整合至VR沉浸式虚拟展示系统，延伸出更多样化的3D/VR体验。 ? 直觉式的3D对象定位工具，可以让使用者很容易的在虚拟的环境里面去控制、调整对象。? 图形化的开发接口让开发人员只需拖曳所需要的行为模块即可建构出丰富的互动作品。? 超过700种的行为模块，搭配SDK或是其他用户所撰写的行为模块，让创意可以依照您
一、填空题（每题2分，共20分） （1）控制仪表防爆措施主要有隔爆型和本质安全性。 （2）智能仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA 。电Ⅲ仪表的能源信号是24V ，标准传输信号是4~20mA （3）电气转换器是将4~20MA 信号转换为0.02~0.1MP 信号的设备。 （4）在PID控制器中，比例度越大系统越稳定；积分时间越短，积分作用越强；微分时间越长，微分作用越强。 （5）手动操作是由手动操作电路实现的，手动操作电路是在比例积分电路的基础上附加软手动操作电路和硬手动操作电路来实现的。 （6）DDZ-Ⅲ型控制器有自动（A）、软手动（M）、硬手动(H) 三种工作状态。 （7）执行器按所驱动的能源来分，有电动执行器、气动执行器、液动执行器三大类。 （8）常用的安全栅有：齐纳式安全栅和变压器隔离式安全栅。 （9）气动阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，具有精确定位的功能的作用。 （10）电气阀门定位器是按力矩平衡原理工作的，即具有电器转换器的作用，又具有精确定位的功能的作用。 二、名词解释(每题4分，共20分) （1）流量系数C 流量系数C：流量系数C的定义为:在控制阀全开, 阀两端压差为100kPa, 流体密度为1g/cm3时，流经控制阀的流体流量(以m3/h 表示)。 （2）“虚短” “虚短”；差模输入电压为零，即Ud＝0； （3）“虚断” “虚断”；输入端输入电流为零，即ii＝0。 （4）控制规律： 控制规律，就是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律 （5）反作用执行机构 反作用执行机构:当来自控制器或阀门定位器的信号压力增大时，阀杆向下动作的叫正作用执行机构(ZMA 型)；当信号压力增大时，阀杆向上动作的叫反作用执行机构(ZMB 型)。 三、简答题(每题8分，共40分) 1、试述热电偶温度变送器的工作原理。 热电偶温度变送器与热电偶配合使用，可以把温度信号转换为4～20mA、1～5V的标准信号。它由量程单元和放大单元两部分组成，如图2.30所示。 热电偶温度变送器的放大单元包括放大器和直流/交流/直流变换器两部分，放大器由集成运算放大器，功率放大器、隔离输出和隔离反馈电路组成，后者有变换器和整流、滤波、稳压电路组成。放大单元的作用是将量程单元送来的毫伏信号进行电压放大和功率放大，输出统一的直流电流信号Io（4～20mA）和直流电压信号VO（1～5V）。同时，输出电流又经隔离反馈转换成反馈电压信号Vf，送至量程单元。热电偶温度变送器的量程单元原理电路如图2.34所示，它由信号输入回路①，零点调整及冷端补偿回路②，以及非线性反馈回路③等部分组成。
信息管理与决策支持系统论文 教学管理系统 摘要 随着信息技术在管理上越来越深入而广泛的应用，管理信息系统的实施在技术上已经逐步成熟。管理信息系统是一个不断发展的新型学科，任何一个单位要生存要发展，要高效率地把内部活动有机地组织起来，就必须建立与自身特点相
适应的管理信息系统。教学管理系统是一个教育单位不可缺少的部分,它的内容对于学校的决策者和管理者来说都至关重要,所以教学管理系统应该能够为用户提供充足的信息和快捷的查询手段。但一直以来人们使用传统人工的方式管理文件档案，这种管理方式存在着许多缺点,如:效率低、保密性差,另外时间一长,将产生大量的文件和数据,这对于查找、更新和维护都带来了不少的困难。作为计算机应用的一部分,使用计算机对教学信息进行管理,具有手工管理所无法比拟的优点.例如:检索迅速、查找方便、可靠性高、存储量大、保密性好、寿命长、成本低等。这些优点能够极大地提高教学管理的效率,也是企业的科学化、正规化管理,与世界接轨的重要条件。 本系统主要完成对学院信息、任课教师信息、学生信息、课程信息以及有选课记录、授课安排和成绩等多种数据信息的管理，包括数据库中表的录入、修改、删除等。系统还可以完成对各类信息的查询、录入、修改、删除等功能，其中教学管理用户包括系统管理员、教师和学生。 本系统采用Access2010来设计数据库，并使用当前优秀的开发工具: Microsoft Visual Basic for Application，它有着最为灵活的数据库结构，对数据库应用有着良好的支持。论文主要介绍了本系统的开发背景，所要完成的功能和开发的过程，主要说明了系统设计的重点、设计思想。 关键字：教学管理系统数据库ACCESS2010
MATLAB控制系统与仿真 课 程 设 计 报 告 院（系）：电气与控制工程学院 专业班级：测控技术与仪器1301班 姓名：吴凯 学号：1306070127 指导教师：杨洁昝宏洋
基于MATLAB的PID恒温控制器 本论文以温度控制系统为研究对象设计一个PID控制器。PID控制是迄今为止最通用的控制方法，大多数反馈回路用该方法或其较小的变形来控制。PID控制器（亦称调节器）及其改进型因此成为工业过程控制中最常见的控制器 (至今在全世界过程控制中用的84%仍是纯PID调节器，若改进型包含在内则超过90%)。在PID控制器的设计中，参数整定是最为重要的,随着计算机技术的迅速发展，对PID参数的整定大多借助于一些先进的软件，例如目前得到广泛应用的MATLAB仿真系统。本设计就是借助此软件主要运用Relay-feedback 法，线上综合法和系统辨识法来研究PID控制器的设计方法，设计一个温控系统的PID控制器，并通过MATLAB中的虚拟示波器观察系统完善后在阶跃信号下的输出波形。 关键词：PID参数整定；PID控制器；MATLAB仿真。 Design of PID Controller based on MATLAB Abstract This paper regards temperature control system as the research object to design a pid controller. Pid control is the most common control method up until now; the great majority feedback loop is controlled by this method or its small deformation. Pid controller (claim regulator also) and its second generation so become the most common controllers in the industry process control (so far, about 84% of the controller being used is the pure pid controller, it’ll exceed 90% if the second generation included). Pid parameter setting is most important in pid controller designing, and with the rapid development of the computer technology, it mostly recurs to some advanced software, for example, mat lab simulation software widely used now. this design is to apply that soft mainly use Relay feedback law and synthetic method on the line to study pid controller design method, design a pid controller of temperature control system and observe the output waveform while input step signal through virtual oscilloscope after system completed. Keywords: PID parameter setting ；PID controller；MATLAB simulation。