基于工业以太网的先进控制应用研究

摘要

三容液位系统是具有非线性、时滞、复杂性等特点的多变量系统。该对象涵盖了工业过程中在液位控制领域内会遇到的绝大部分问题。因此,对于三容液位系统装置的控制对于工业生产具有广泛的指导性意义。本课题的主要内容即是在工业以太网环境下,寻找一种先进的智能控制方法,实现对该液位系统的良好控制。
　　 预测函数控制方法,是模型预测控制方法的一个分支,其主要特点在于算法结构简单,控制结构明确。通过大量的文献查阅,从理论角度分析该算法适用于具有时滞特点的非线性对象,从工业应用角度考虑该算法易于通过控制器的算法实现。因此,课题选取预测函数算法作为控制方法。
　　 建立匹配的预测模型是预测函数算法的一个核心问题。考虑到被控对象是具有多变量的复杂非线性系统,课题选取神经网络方法建立预测模型。同样是从控制器实现的角度考虑,在网络类型的选择方面,选取逼近能力强且结构简单的RBF网络,通过离线训练的方式建立网络预测模型。
　　 随着以太网向工业生产过程的迈进,工业以太网近年来已逐步走向成为工业控制网络的主导方向。西门子公司推出的PROFINET网络协议适用于所有厂商的通讯,可在各种不同的工业环境完成控制任务。
　　 本课题采取的基于RBF神经网络预测模型的预测函数控制即是在PROFINET工业网络环境下通过西门子公司生产的S7-300系列PLC进行控制实现的。全文通过算法理论分析、控制结构设计、预测模型建立与验证、控制方法实现与仿真、以及工业网络下的PLC硬件验证,系统的得出了该方法的有效性和实用性。