【正文】 它的社會(huì)基礎(chǔ)、物質(zhì)基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)。 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)簡(jiǎn)稱 CAI，是英文 Computer Assisted Instruction 的縮寫。此外，電廠用的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析模塊將電廠負(fù)荷控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化整定 和系統(tǒng)仿真融為一體，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行離線的多方案比較提供了有效工具，可以作為控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CADCS）工具單獨(dú)使用，對(duì)于提高電廠負(fù)荷控制系統(tǒng)的投運(yùn)效率，縮短控制系統(tǒng)的投運(yùn)時(shí)間將起到積極的作用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助教育（ CAI）迅速發(fā)展起來。但是，長(zhǎng)期以來，自動(dòng)控制理論的教學(xué)一直采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，傳統(tǒng)教學(xué)方式的種種弊端造成了自動(dòng)控制理論課堂教學(xué)效率偏低，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本軟件系統(tǒng)在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用不僅對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力、提高 教學(xué) 質(zhì)量有著積極的促進(jìn)作用，而且對(duì)深化教學(xué)改革、加速教學(xué)手段的現(xiàn)在化也產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。它的興起和發(fā)展，已經(jīng)給傳統(tǒng)的教育思想、教育理論、教育方法、教育技術(shù)和教師的職能與素質(zhì)帶來了新的變革與發(fā)展。也就是指教師將電腦作為教學(xué)媒體，為學(xué)生提供一個(gè)學(xué)習(xí)的環(huán)境，學(xué)生通過與計(jì)算機(jī)的交互對(duì)話進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)形式，即我們平時(shí)所說的多媒體輔助教學(xué)。 第一階段是從 20 世紀(jì) 50 年代到 70 年代這二十多年時(shí)間，在學(xué)習(xí)理論的應(yīng)用上，多數(shù)CAI 軟件采用行為主義學(xué)習(xí)理論。 第二階段是 20 世紀(jì) 80年代的十年。認(rèn)為教學(xué)的目標(biāo)在于幫助學(xué)習(xí)者習(xí)得事物及其特性，使外界客觀事物 (知識(shí)及其結(jié)構(gòu) )內(nèi)化為其內(nèi)部的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。 據(jù)此人們?cè)谠O(shè)計(jì)和開發(fā) CAI 軟件時(shí)，經(jīng)常會(huì)在 CAI 課件的開始，利用能體現(xiàn)課件內(nèi)容且具有強(qiáng)烈感染力的圖形序列（或圖象），以喚起學(xué)生的注意。為了檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解程度，經(jīng)常提供足夠多的練習(xí)，要求學(xué)生“做一下”，以表明他們已經(jīng)理解“怎么做”，讓學(xué)生“參與”學(xué)習(xí)，并形成新的刺激，誘發(fā)學(xué)生的行為。 在這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了迅速發(fā)展，特別是多媒體技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使 CAI產(chǎn)生了巨大變化。教師是意義建構(gòu)的促進(jìn)者和幫助者；而不是知識(shí)的傳授者和灌輸者。 目前，在我國(guó)，許多教師節(jié)開始使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助教學(xué)是采用演示模式，即在班級(jí)教學(xué)中，教師講解的同時(shí)，在課堂上用計(jì)算機(jī)演示一些微觀現(xiàn)象或動(dòng)態(tài)圖形，或者把抽象的東西形象化、具體化，收到了良好的效果。早期的 CADCS 軟件包正是以數(shù)字仿真為基礎(chǔ)而構(gòu)成的。 近年來， CADCS 技術(shù)以不僅應(yīng)用于控制器的綜合與設(shè)計(jì)，而且已逐步擴(kuò)展用于 系統(tǒng)分析、仿真、辨識(shí)、建模，以及實(shí)時(shí)控制等各個(gè)方面。我國(guó)學(xué)者積極開展了 CADCS 的工作，并在 1979 年 5月廈門的中國(guó)自動(dòng)化系學(xué)會(huì)控制理論專家委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議上，做了一次學(xué)術(shù)交流。但 自動(dòng)控制理論的教學(xué)卻一直采用傳統(tǒng)教學(xué)方式 ,在短短的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi) ,教師單憑板書、口授 ,很難將自動(dòng)控制理論中的一些抽象概念、復(fù)雜概念講清楚。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,在建立受控模型以后 ,需要對(duì)所建立的模型進(jìn)行仿真研究 ,以驗(yàn)證模型的正確性。 熱工自動(dòng)控制就是在熱力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中采用自動(dòng)控制技術(shù) ,通過控制設(shè)備 ,使被控對(duì)象或生產(chǎn)過程 ,自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 針對(duì)上述存在的問題 ,我們開發(fā)了一套用于熱工控制系統(tǒng)教學(xué)演示和仿真的軟件。以及鍋爐給水對(duì)象具有無自平衡能力 ,特別在蒸汽量擾動(dòng)時(shí)有虛假水位現(xiàn)象存在等特點(diǎn)。該語(yǔ)言 1980 年出現(xiàn)了免費(fèi)版本， 1984 年 The Mathwork 公司成立，并推出了 版 。目前大部分工具箱都是面向控制和相關(guān)學(xué)科的，但隨著 MATLAB 語(yǔ)言的不斷完善，目前也在其他領(lǐng)域開始使用。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 7 第二節(jié) MATLAB 的繪圖功能 基本繪圖函數(shù) MATLAB 提供多個(gè)函數(shù)用于繪制圖形，以向量或 矩陣作為輸入?yún)?shù)，繪制它們的圖像。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 8 （２）選定圖形窗及其子圖的位置： 缺省時(shí)，打開 Figure No． 1，或當(dāng)前窗，當(dāng)前子圖 可用指令指定圖形窗號(hào)和子圖號(hào) 典型指令： figure（１） ％指定 1 號(hào)圖形窗 subplot（ 2， 2， 2） ％指定 2號(hào)子團(tuán) （３）調(diào)用（高層）繪圖指令：線型、色彩、數(shù)據(jù)點(diǎn)形 典型指令： plot（ x， y，’ ro’） ％用紅色實(shí)線畫曲線，其數(shù)據(jù)點(diǎn)類型為 o （４）設(shè)置軸的范圍與刻度、坐標(biāo)分格線 典型指令： axis（［ 0， inf，－ 1， 1］） ％設(shè)置坐標(biāo)軸的范圍 grid on ％畫坐標(biāo)分格線 （５）圖形注釋，包括：圖名、坐標(biāo)名、圖例、文字說明等 典型指令： title（‘專家系統(tǒng)’） ％圖名 xlabel（‘’）； ylabel（’ y’） ％軸名 legend（’ sinx’，‘ cosx‘） ％圖例 text（ 2，１，’ y=sinx‘） ％文字說明 （６）打?。簣D形窗上的直接打印選項(xiàng)或按鍵 利用圖形后處理軟件打印 采用圖形窗選項(xiàng)或按鍵打印最簡(jiǎn)捷。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 9 下面介紹 plot 的使用方法： 調(diào)用格式 1 plot(x,y) 功能 繪制二元組 x、 y 的曲線圖形。 若 x、 y 都是矩陣，則以它們對(duì)應(yīng)的列構(gòu)成二元組，繪制多條曲線。 若 y 是矩陣，則按列繪制曲線圖，曲線條數(shù)等于 y陣的列數(shù)。 s為空時(shí)，表示按系統(tǒng)的缺省定義進(jìn)行處理。它是計(jì)算機(jī)和用戶用來交換信息的方法。通常，用戶在選擇計(jì)算機(jī)或者程序的時(shí)候，是以設(shè)計(jì)是否讓人舒服及它的用戶界面功能是否高效來決定的。 在 MATLAB 中，一個(gè)非常好的用戶圖形界面的例子就是“ demo“命令。 每種控件都有一些可以設(shè)置的參數(shù)，用于表現(xiàn)控件的外形、功能及效果，既屬性。 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具， 是一種基于 MATLAB 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)， Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。 也可以通過 MATLAB 主窗口的快捷按鈕來打開Simulink Library Browser 窗口。前者由于數(shù)據(jù)都導(dǎo)入了基本工作空間，所以容易造成數(shù)據(jù)間的互相影響，故在本課題中不采用此種方法；后者由于論述不 易理解，故采用一個(gè)例子來說明SIMULINK 與 GUI 的關(guān)聯(lián)。 str2=get(,39。String39。)。 set_param(39。,str1)。After39。,39。test1/Gain39。 sim(39。 plot(x1,x2) 注釋：如圖 251 繪制一個(gè) GUI 界面，其中 edit10 到 edit14 中的數(shù)據(jù)為要通過 GUI 導(dǎo)入SIMULINK 的數(shù)據(jù)，圖 252 中的 R,L1,L2,Gain 為要從 GUI 中獲取數(shù)據(jù)的控件。load_system(‘ test1’ )為引用圖二中的 SIMULINK 方框圖。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 17 第三章 P I D PID 控制簡(jiǎn)介 目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。一個(gè)控制系統(tǒng)包括控制器﹑傳感器﹑變送器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接 口。電加熱控 制系統(tǒng)的傳感器是溫度傳感器。還有可以實(shí)現(xiàn) PID 控制功能的控制器，如 Rockwell 的 Logix 產(chǎn)品系列，它可以直接與 ControlNet 相連，利用網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 缺點(diǎn)：不能消除靜態(tài)誤差。 缺點(diǎn)：不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是通過試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控 制器參數(shù)進(jìn)行整定。這時(shí)的比例帶就叫做臨界比例帶δ k，振蕩周期就叫做臨界振蕩周期 Tk。實(shí)踐證明：對(duì)于無自平衡能力的對(duì)象，其傳遞函數(shù)形式為 1/sT_a e^(τ s)時(shí)，用臨界比例帶法整定所得到的控制過程往往是衰減率偏大（ψ ），而對(duì)于有自平衡能力的高階等容對(duì)象 K/〖 (1+Ts)〗 ^n ，當(dāng) n3 時(shí)用此法整定所得到的控制過程往往是衰減率偏?。é?） .另外，整定時(shí)其他各種未考慮山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 20 的因素對(duì)控制過程都會(huì)產(chǎn)生程度不同的影響。 4 . 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制作用所需的自動(dòng)控制裝置主要有： （ 1） 測(cè)量單元（變送器）：用來測(cè)量被控量的大小，并能吧被控量（水位、溫度、壓力等物理信號(hào)） 轉(zhuǎn)換成與之成比例（或者其他固定的函數(shù)關(guān)系）并便于遠(yuǎn)距離傳輸和 綜合的測(cè)量信號(hào)，其功能相當(dāng)于人工控制系統(tǒng)中的眼睛。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多新型控制算法的實(shí)行成為可能。 PID控制由于不需要精確地?cái)?shù)學(xué)模型以及魯棒性較強(qiáng)而得到廣泛的應(yīng)用。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明，在 MATLAB 的窗口中輸入 rgfz 命令將會(huì)啟動(dòng)熱工系統(tǒng)仿真軟件，主界面如圖 411 圖 411 熱工系統(tǒng)仿真軟件主界面 該系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)，分別為：汽包鍋爐燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)、三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如下圖所示。在下圖中通過鼠標(biāo)單擊電廠調(diào)節(jié)系統(tǒng)菜單下的三沖水量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)入 其 GUI 界面如下 圖 423： 圖 421 鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 24 三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)也可以用串級(jí)調(diào)節(jié)的方式來實(shí)現(xiàn)，其方框圖如下 圖 422： 圖 422 鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng) 方框圖 圖 423 GUI 界面 其 SIMULINK 圖如下 圖 424： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 25 圖 424 SIMULINK 界面 其中 PID 控制器的數(shù)據(jù)如下： 圖 425 PID 數(shù)據(jù)圖 其關(guān)聯(lián)程序如下： str1=get(,39。String39。)。 str5=get(,39。String39。)。P39。,39。watercontrol/比例積分微分調(diào)節(jié)器 39。 set_param(39。,str4)。I39。,39。watercontrol39。 hold on。 蒸汽壓力控制和燃料空氣壁紙控制系統(tǒng) 鍋爐燃燒的目的生產(chǎn)蒸汽供其他生產(chǎn)環(huán)節(jié)使用。 因此蒸汽壓力是最終的被控制量，可以根據(jù)生成情況確定；燃料量是根據(jù)蒸汽壓力確定的；空氣供應(yīng)量根據(jù)空氣量與燃料量的合理比值確定。)。 str3=get(,39。String39。)。 str8=get(,39。String39。)。 str12=get(,39。String39。)。P39。,39。ranshao2/PID 139。 set_param(39。,str5)。I39。,39。ranshao2/PID 339。 set_param(39。,str9)。D39。,39。ranshao2/PID 439。 set_param(39。,str13)。 axes()。 hold on。 圖 435 仿真結(jié)果輸出 第四節(jié) 導(dǎo)前氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 采用導(dǎo)前氣溫微分信號(hào)的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 具有導(dǎo)前微分信號(hào)的雙沖量氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，也叫雙沖量氣溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)如圖 441 所示。在動(dòng)態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器將根據(jù) dθ 1/dt 和θ 2與θ 1的給定值之間的偏差而動(dòng)作；但在靜態(tài)時(shí)， dθ1/dt 信號(hào)消失，過熱氣溫θ 2必然等于給定值。對(duì)于 圖 443（ a） 所示的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)去掉導(dǎo)前氣溫的微分信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)就成為單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)對(duì)象的慣性延遲較大。由于θ 1的慣性遲延比θ 2 要小得多，因而等效對(duì)象的輸出θ _2^,的慣性延遲比θ _2的小得多。 導(dǎo)前氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)模塊 其 GUI 界面如下 圖 447： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 35 圖 447 GUI 界面 其 SIMULINK 界面如 圖 448所示： 圖 448 SIMULINK 界面 其關(guān)聯(lián)程序如下圖所示： str1=get(,39。String39。)。 set_param(39。,str1)。I39。,39。zhuqiwen239。 hold on。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)論文 37 第五節(jié) 串級(jí)氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 過熱氣溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 圖 451為過熱氣溫串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖。 擾動(dòng)發(fā)生在副回路內(nèi)，例如當(dāng)減溫水流量 Wj 發(fā)生自發(fā)性波動(dòng)（可能是減溫水壓力或蒸汽壓力改變）而引起減溫水流量擾動(dòng)變化時(shí)，對(duì)于單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于沒有副調(diào)節(jié)回路去迅速消除 Wj 的波動(dòng)，所以必然要影響到主氣溫的穩(wěn)定；對(duì)于串級(jí)氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于有副回路的存在，而且導(dǎo)前區(qū)的慣性又很小，副調(diào)節(jié)器將能及時(shí)動(dòng)作，快速消除掉減溫水流量的自發(fā)性波動(dòng)，從而使過熱氣溫基本不變。 可見，在串級(jí)氣溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，副回路的任務(wù)是盡快消除減溫水流量的自發(fā)性擾動(dòng)和其他進(jìn)入副回路的各種擾動(dòng)，對(duì)過熱氣溫的穩(wěn)定起粗調(diào)作用。)。 str6=get(,39。