基于MATLAB与MCGS的先进控制算法在工业过程中的研究应用

摘要

文章首先介绍了课题意义及研究背景，分析了目前工业监控系统中组态软件的应用情况，总结了其优缺点。其中主要介绍了一款目前应用比较广泛的全中文组态监控软件MCGS，详细分析了其操作简单、一高效、快捷的优点，也指出了其控制算法简单，只能应用简单的PID算法，鲁棒性不强的不足。然后介绍了现在比较成熟，可以应用于实际控制过程的几种高级算法，提出了对MCGS组态软件进行二次开发的设想。 接下来文章详细介绍了两种高级算法的理论基础，并重点分析了模糊自适应PID控制算法和BP神经网络控制算法的基本原理、工作流程，并提出了一定的改进措施。 文章详细讨论了基于MATLAB与MCGS的先进控制算法在控制过程中应用的全过程。对系统应用中的难点、重点做了详细的介绍，比如算法的编写、嵌入，实时数据的采集等。第一步首先讨论了MATLAB与外部编程接口的问题。总结分析了目前已有的各种方法，最后利用COM技术实现了MATLAB的外部调用。第二步设计实现了模糊自适应PID控制器和BP神经网络控制器。最后详细介绍了通过Visual Basic编写MCGS控制策略的过程。 文章最后介绍了自制控制策略在组态软件中的挂接过程和控制效果。从运行速度、控制效果、可靠性、软硬件要求等方面分析了系统的实用性。 总之，文章介绍了以MCGS为应用平台，利用MATLAB作为数学分析、数据处理、算法开发工具，并通过VB实现了二者的结合。在实验室环境下建立了一个智能控制系统，既发挥出了组态软件快速开发应用程序的优势，又利用了MATLAB在算法开发中的长处，使控制算法不再局限于简单PID控制或单纯的硬件控制。把高级算法引入组态软件，使组态软件性能得到了明显的改善的同时使得高级算法的应用更加普及。 实验结果表明，本系统开发方案切实可行，具有开发周期短、控制稳定、控制算法先进等特点。在控制系统建立、二次开发上具有较大优势。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题意义与研究背景

1.2本文的主要工作

第二章MCGS组态软件及其可扩充性

2.1 MCGS组态软件

2.2 MCGS组态软件的可扩充性

2.2.1 MCGS组态软件的高级开发

2.2.2开发MCGS功能构件

2.3本章小结

第三章模糊自适应PID控制策略的开发设计

3.1模糊控制器基本原理

3.2模糊控制器设计步骤

3.2.1构造模糊控制器结构系统

3.2.2模糊化

3.2.3模糊控制表的运算合成

3.2.4查询输出和输出量精确化

3.3模糊自适应PID算法设计、实现

3.3.1模糊自适应PID控制原理

3.3.2控制算法的设计与实现

3.4本章小结

第四章BP神经网络控制策略的开发设计

4.1神经网络控制的基本思想

4.1.1人工神经元模型

4.1.2神经网络的结构及学习方法

4.1.3传统控制系统与神经网络控制系统的比较

4.2基于BP神经网络整定的PID控制

4.2.1 BP神经网络

4.2.2改进BP算法收敛速度

4.2.3基于BP神经网络整定的PID控制

4.3 BP神经网络控制算法设计、实现

4.4本章小结

第五章MCGS高级构件的开发、应用

5.1 MATLAB算法调用技术分析

5.1.1 MATLAB调用方法汇总

5.1.2在MATLAB中生成COM组件

5.2模糊自适应PID控制策略

5.2.1生成程序框架

5.2.2利用COM组件实现VB与MATLAB实时数据交换、处理

5.2.3新建策略在MCGS中的挂接与使用

5.2.4控制策略在实际运行中的应用

5.3基于BP神经网络的PID控制策略

5.3.1生成程序框架

5.3.2利用COM组件实现VB与MATLAB实时数据交换、处理

5.3.3新建策略在MCGS中的挂接与使用

5.3.4控制策略在实际运行中的应用

5.4本章小结

第六章结束语

[参考文献]

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢