【正文】 程語言，如C和C++ 。Matlab的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。4. 出色的圖形處理能力Matlab自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標(biāo)注和打印?？捎糜诳茖W(xué)計算和工程繪圖。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等，Matlab也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。5. 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱Matlab對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。目前，Matlab已經(jīng)把工具箱延伸到了科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、概率統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、偏微分方程求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波分析、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、LMI控制、魯棒控制、模型預(yù)測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半物理仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、DSP與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（Toolbox）家族中有了自己的一席之地。允許用戶編寫可以和Matlab進行交互的C或C++語言程序。Matlab的一個重要特色就是具有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。7. 應(yīng)用軟件開發(fā)在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進行連接。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。Simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。Simulink是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務(wù)的相應(yīng)工具。豐富的可擴充的預(yù)定義模塊庫交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理通過Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號、參數(shù)、屬性，生成模型代碼提供API用于與其他仿真程序的連接或與手寫代碼集成使用Embedded Matlab模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用Matlab算法使用定步長或變步長運行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型圖形化的調(diào)試器和剖析器來檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計的性能和異常行為可訪問Matlab從而對結(jié)果進行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤。系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是被控變量和控制變量的選擇、建立被控對象的數(shù)學(xué)模型、控制器的設(shè)計、測量變送裝置和執(zhí)行器的選擇。①當(dāng)/T＜，選擇比例或比例積分控制；②＜/T＜，選擇比例微分或比例積分微分控制；③當(dāng)/T＞，選用如串級、前饋等復(fù)雜控制系統(tǒng)。控制器的正作用方式是指實際控制器的輸出信號u隨著被控變量y的增大而增大，此時稱實際控制器的增益為正，取“+”號。實際PID控制器的增益=(1)控制器運算環(huán)節(jié)的增益。在工程實際應(yīng)用中，常采用工程整定法，它一般有動態(tài)特性參數(shù)法、穩(wěn)定邊界法、衰減曲線法和經(jīng)驗整定法。等效控制器和廣義被控對象之間如何劃分會直接影響實際控制器參數(shù)與等效控制器參數(shù)之間的關(guān)系。PID控制器參數(shù)的自整定多年來一直是眾多工程技術(shù)人員重點研究的內(nèi)容。圖41 PID控制系統(tǒng)模型 PID控制器后的鍋爐系統(tǒng)的仿真加入PID校正控制器后的Matlab系統(tǒng)仿真結(jié)果如下：圖42 加入PID控制器后的系統(tǒng)仿真圖系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖42所示。在原有的PID控制的基礎(chǔ)上，我們對系統(tǒng)加入一個干擾信號，干擾信號的平均值為輸入的30%，系統(tǒng)設(shè)計如圖43所示：圖43 PID控制系統(tǒng)加入干擾信號后的系統(tǒng)設(shè)計圖加入干擾后的系統(tǒng)仿真圖如圖44所示： 圖44 加入干擾后的PID控制系統(tǒng)仿真圖由圖44所示系統(tǒng)加入干擾后仿真結(jié)果和原來沒有加入干擾的系統(tǒng)相比并沒有多大的變化，說明系統(tǒng)的抗干擾能力是很好的。Smith預(yù)估控制器能有效的解決系統(tǒng)產(chǎn)生的時間滯后問題。圖45帶Smith預(yù)估控制器的系統(tǒng)圖46為加入Smith預(yù)估控制器后的鍋爐內(nèi)膽溫度控制系統(tǒng)仿真圖圖46 加入Smith預(yù)估控制器后的系統(tǒng)仿真圖從圖46可以看出系統(tǒng)的超調(diào)量為0，調(diào)節(jié)時間大概為700左右。在原有的Smith控制的基礎(chǔ)上，我們對系統(tǒng)加入一個干擾信號，干擾信號的平均值為輸入的30%，系統(tǒng)設(shè)計如圖47所示：圖47 加入干擾后的Smith預(yù)估控制系統(tǒng)加入干擾后的Smith預(yù)估控制系統(tǒng)的仿真圖如圖48所示：圖48 加入干擾后的Smith預(yù)估控制系統(tǒng)的仿真圖由圖46和圖48比較可以看出干擾信號對系統(tǒng)的干擾并不大，所以系統(tǒng)的抗干擾能力是很好的。但是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，物料、能量的傳輸所帶來的時間延遲問題是傳統(tǒng)PID控制器所不能很好解決的控制問題。加熱爐的爐溫控制問題是一個典型的時間滯后問題。且這種控制方法在熱處理、化工、機械加工、金屬冶煉等行業(yè)中也具有廣泛的用途和推廣價值。這次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的綜合考驗和測評。溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，任何物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程都與溫度密切相關(guān)，因此溫度控制是生產(chǎn)自動化的重要任務(wù)。對比經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論，智能控制在溫度控制這類非線性、強耦合系統(tǒng)中表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。但是Smith控制算法能很好的解決控制系統(tǒng)中存在的時間滯后問題，并且系統(tǒng)穩(wěn)定，具有魯棒性強的特點，改善了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。對于溫度控制還有很多的控制算法，比如：模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法、自適應(yīng)控制算法，以及從這些算法中衍生出來的一些新算法，都是值得我們借鑒的，并且這幾種控制算法，比PID控制算法和Smith控制算法更加能較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，系統(tǒng)穩(wěn)定，不宜受外界干擾。致 謝第6章 致 謝本論文是在郭霞老師的指導(dǎo)下完成的，從論文的思路、撰寫和最后的定稿，郭老師都花費了不少的時間和精力，給予了我很大的幫助和指導(dǎo)。其次要感謝西安交通大學(xué)城市學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo)對本次實驗的關(guān)心，以及能提高先進的設(shè)備，為這次實驗提供了強有力的硬件條件。他們讓我感受到了集體的力量和團隊協(xié)作的魅力。謝謝你們對我的關(guān)心、幫助和支持！真心祝愿郭老師、教研室的所有老師和本組的其他成員工作順利、身體健康、幸福開心! 參考文獻參 考 文 獻[1]肖雋．鍋爐溫度串級控制系統(tǒng)[M]．機電工程，2002，20(1)：30—32．[2]李正軍．計算機測控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．316 320，343．[3]盂華．工業(yè)過程檢測與控制．北京：航空航天大學(xué)出版社，2000．168 175，220 226．[4]黃勝．改進型史密斯(Smith)預(yù)估器在過熱汽溫度控制中的應(yīng)用[M]．自動化儀表，2003，(24)：1，42 45．[5]金以慧．過程控制[M]．北京：清華大學(xué)出版社．2001．103 117．[6]王春元，楊永江．水資源經(jīng)濟學(xué)及其應(yīng)用[M]．北京：中國水利水電出版社，1999．54—58．[7]水利部，國家計劃發(fā)展委員會．全國水資源綜合規(guī)劃任務(wù)書[R]，2002．[8]左其亭，陳曦。：.[10]YS1000 Series User Maunal,Yokogawa Electric Corporation,[11]Technical Overview,fieldbus Foundation,Austin,Taxas,1988.附錄A附錄A（外文文獻）Smith predictive control technology in the temperature control systemAbstract: The use of gas as fuel, the same main gas pipe to the furnace heating caused by multiple reasons for changes in temperature, the traditional PID control mon time lag, introduced Smith predictive control theory, introduced serial control and Smith predictor Control of a bination of automatic control technology applications in temperature control system and implementation.Keywords: Smith predictor control, cascade control, temperature control0 IntroductionThe boiler temperature control, as PID controller is simple, practical, low prices, PID control has been widely used, but trouble tuning PID control parameters, the plant model parameters is difficult to determine, floated off outside interference effects will control most Good condition. In this case Smith (Smith) control algorithm for temperature control of the boiler, making the boiler temperature control can reach a stable level. Smith (Smith) predictive control feature is the process of preestimated in the basic dynamic characteristics of disturbances, then the predictor to pensate for process control technology. The basic idea is based on a model of the process of design features added to the feedback control system to pensate for the dynamic nature of the process, and then pensate by the predictor, the accused sought to delay the reflected amount of advance controller The controller action in advance, thereby significantly reducing the overshoot, speed up the adjustment process. Especially for those accused of objects with varying degrees of delay, while the controlled object can not reflect the system in time to withstand the disturbance of the control system, Smith (Smith) predictive control techniques have gained wide use. Gas flow control mechanism inherent plexity of the process, the slow response of the control action. Parameters are closely related.In industrial production, widespread use of gas as fuel, the same main gas pipeline to more than one furnace heating. When a station furnace location of the valve opening duration changes, the gas pressure changes accordingly set free, the other furnace should adjust its valve opening to ensure a constant flow of gas to ensure the temperature Constant. If using the traditional singleloop PID control, gas flow pressure changes lead to changes in flow caused by t