基于LabView的液位预测控制系统的设计

摘要

在自动控制领域当中，设计控制器前期人们通常使用Matlab软件对控制算法进行仿真。但是，纯软件仿真与实际情况相比有一定的偏差。硬件在环仿真技术(HIL)尽可能的在仿真系统中接入实物取代相应的数学模型，可以保证试验结果和真实情况最大限度的吻合，更接近于实际情况，得到更确切的信息。 Labview软件使用流程图编程，具有开放性，模块化，可重复性、互换性等特点，并且与外部硬件连接方便，可以实现实时控制，进行硬件在环仿真实验。LabView代码可以生成可执行文件，脱离LabView环境运行。使用LabView可以方便的进行控制理论研究和控制系统的软件设计，提高工作效率。 以状态空间法为基础的现代控制理论必须基于对象精确的数学模型。然而，由于工业对象的结构，参数和环境都具有很大的不确定性，可能导致控制品质的严重下降。动态矩阵控制算法是采用工程上易于测取的对象阶跃响应作为模型的一种预测控制算法。其具有算法简单、计算量较小、鲁棒性较强的特点，适用于长管道传输或者高阶液位系统这类具有时延的开环稳定系统。 本文将虚拟仪器(LabView)和动态矩阵控制理论相结合，应用于高阶液位控制系统中，完成了以下工作： 1.建立基于LabView的硬件在环实验平台。解决了数据输入、输出卡与LabView软件的通信接口问题；设计了系统的实时数据存储模块、显示模块和控制界面，该界面直观，操作方便。充分的体现出LabView强大的数据处理能力，软件开发周期短，维护方便，可以减少设计者的劳动量。 2.针对该液位控制系统的被控对象特点，选择动态矩阵控制策略。研究了动态矩阵控制原理，设计基于LabView动态矩阵控制器。 3.进行硬件在环仿真实验。将基于LabView的动态矩阵控制器应用于THJ-2型远程数据采集控制实验装置进行实际的液位控制。结果表明，动态矩阵控制具有很好的鲁棒性和动态特性，适用于控制具有延迟的被控对象。

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致谢

第一章绪论

1.1引言

1.2时滞系统控制的难点

1.3时滞系统控制方法的研究现状

1.4预测控制的可行性

1.5本文研究的主要内容

第二章预测控制

2.1预测控制的基本原理

2.2动态矩阵控制的基本原理

2.2.1 DMC预测模型的建立

2.2.2最优控制律计算

2.2.3参考轨迹的选取

2.2.4动态矩阵控制系统的参数选择

第三章基于Labview的测控平台的设计

3.1液位控制系统建立

3.1.1液位控制系统的控制目标

3.1.2液位被控对象模型

3.2液位测控系统的硬件组成

3.3液位测控平台的软件介绍

3.3.1虚拟仪器简介

3.3.2 LabView软件介绍

3.4液位测控系统的软件设计

3.4.1数据通讯接口模块设计

3.4.2数据的存储模块设计

3.4.3数据显示模块设计

3.4.4控制器模块设计

3.5硬件在环实验

第四章动态矩阵控制器的实现及实验结果

4.1测量系统的阶跃响应系数

4.1.1系统初始化

4.1.2阶跃响应系数的选取

4.2 DMC程序的实现

4.3实验及分析

第五章总结与展望

参考文献