无介质半实物仿真系统的研究与实现

摘要

仿真技术综合了当代科学技术中多种现代化尖端手段，极大地扩展了人类的视野、时限和能力，在科学技术领域起到了极其重要的作用。近10年来，我国仿真技术得到迅速发展。从应用的广泛程度看，仿真技术已经从早期的航空、航天、火力发电和核动力发电部门扩展到今天的军事、电子、通信、交通、舰船、冶金、建筑、气象、地质、机械制造、轻工、技术训练等多种行业和部门，其应用已渗透到系统生命周期的全过程。
　　 半实物仿真作为仿真技术的一个分支，涉及的领域极广，包括机电技术、液压技术、控制技术、接口技术等。半实物仿真是工程领域内一种应用较为广泛的仿真技术，是计算机仿真回路中接入一些实物进行的试验，因而更接近实际情况。因其具有的诸多优点，半实物仿真技术引起了仿真界的高度重视。从目前看来，半实物仿真技术在流程系统仿真中的应用大多数还停留在有模拟介质的程度上，因此增加了仿真系统构建、维护费用。本文针对流程工业中半实物仿真仍然依赖流程介质这一问题，设计了一种控制器是软件模拟，没有流程介质参与的新型半实物仿真系统。
　　 本文的主要工作是对无介质半实物仿真系统的研究与开发，文中以典型流程单元一一锅炉控制系统为仿真系统，包括锅炉工艺数学模型的建立和计算机实现、锅炉硬件部分的设计与改造、工艺模型仿真子系统与仿真实物子系统之间的通讯、仿真系统人员培训功能的实现。其中，锅炉工艺数学模型的建立和计算机实现运用了基于机理建模的混合建模方法、面向对象仿真技术以及MATLAB仿真软件工具，利用各种电子技术(如传感器技术等)和微计算机技术(如单片机等)实现了锅炉硬件部分的设计与改造，而工艺模型仿真子系统与仿真实物子系统之间的通讯则是采用了专用仿真实时数字通信接口技术(基于双口RAM的智能双向数据传输系统)。
　　 实践证明该技术可行，能够满足实际要求，并且由于没有介质参与故而仿真流程降低了仿真系统构建和维护成本具有绿色环保的特点。