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空间综合材料实验装置仿真控制软件的研究与实现
作 者: 俞号峰
导 师: 于强
学 校: 中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心)
专 业: 计算机应用技术
关键词: 空间晶体生长炉 PID控制 预测控制 系统辨识 PID整定 计算机仿真
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 13次
引 用: 1次
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内容摘要
空间综合材料实验装置(空间晶体生长炉)是一种用于在微重力条件下进行晶体生长的实验设备。晶体炉内的温场分布、温度精度和温度稳定度是成功生长优质晶体的必要条件,并直接影响着生长出晶体的质量。精确的温度控制对生长高品质的晶体至关重要。空间综合材料实验装置仿真控制软件不仅用传统PID控制实现炉温的精确控制,而且将预测控制中的DMC控制算法,首次应用到系统中,取得非常好的效果。空间综合材料实验装置仿真控制系统包括基本设置、数据采集与实时监控、辨识实验、模型参数辨识、PID参数整定、PID仿真、PID系统控制、预测控制仿真、预测控制实时控制等相关功能。本文首先介绍了课题的来源和背景,然后详细介绍了仿真控制系统中涉及到的概念和算法。在需求分析中介绍了系统开发的背景、内部结构和模块划分,并以用例图为基础详细论述了功能需求。在各个模块设计中介绍了各个模块的设计和实现。最后展示了项目的研究成果和实验结果,并进行了总结和展望。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-6 目录 6-9 图表索引 9-11 第一章 引言 11-14 1.1 引言 11 1.2 空间晶体生长炉控制系统及控制软件包研究动向 11-12 1.3 课题的背景及主要研究内容 12-13 1.4 章节安排 13-14 第二章 仿真控制软件相关概念和算法 14-32 2.1 工作步骤 14 2.2 PID控制算法 14-15 2.3 晶体生长炉的对象模型 15-17 2.4 模型辨识方法介绍 17-23 2.4.1 辨识实验 17-18 2.4.2 模型辨识 18-23 2.4.2.1 增广递推最小二乘法 18-20 2.4.2.2 相关系数法 20-21 2.4.2.3 最小二乘法与相关系数法结合辨识模型参数 21-22 2.4.2.4 模型校验(白性检验法) 22-23 2.5 PID控制参数整定 23-25 2.6 预测控制算法 25-30 2.6.1 预测控制算法简介 25-26 2.6.2 DMC算法 26-27 2.6.3 DMC算法的实现 27-28 2.6.4 参数的选择原则以其对控制系统性能的定性影响 28-30 2.6.5 适用于一般对象DMC控制的参数整定步骤 30 2.7 本章小结 30-32 第三章 系统需求分析 32-60 3.1 系统概述 32-34 3.1.1 基本设置 33 3.1.2 数据采集与实时监控 33 3.1.3 辨识实验 33 3.1.4 模型参数辨识 33 3.1.5 PID参数整定 33-34 3.1.6 PID仿真 34 3.1.7 PID系统控制 34 3.1.8 预测控制仿真 34 3.1.9 预测控制实时控制 34 3.2 功能需求 34-59 3.2.1 基本设置(U1 settings) 35-38 3.2.2 数据采集与实时监控(U2 Sample and Monitor) 38-42 3.2.3 辨识实验(U3 Identification Experiment) 42-45 3.2.4 模型参数辨识(U4 Model Identification) 45-49 3.2.5 PID参数整定(U5 PID Tuning) 49-51 3.2.6 PID仿真(U6 PID Simulation) 51-52 3.2.7 PID系统控制(U7 PID Experiment) 52-55 3.2.8 预测控制仿真(U8 PC Simulation) 55-56 3.2.9 预测控制系统控制(U9 PC Experiment) 56-59 3.3 本章小结 59-60 第四章 仿真控制软件各模块的实现 60-79 4.1 基本设置页面(pageSettings) 60-62 4.1.1 系统设计 60 4.1.2 pageSettings 60-61 4.1.3 iniManage 61-62 4.2 辨识与控制页面(pageIdentificationandControl) 62-68 4.2.1 系统设计 62-63 4.2.2 ProcessVariable 63-64 4.2.3 FurnaceZone 64 4.2.4 pageIdentificationAndControl 64-66 4.2.5 formTableMonitor 66 4.2.6 formChartMonitor 66-67 4.2.7 主要算法的流程图 67-68 4.3 模型参数辨识页面(pageModelIdentification) 68-70 4.3.1 系统设计 68-69 4.3.2 pageIdentification 69-70 4.4 PID控制参数整定 70-71 4.4.1 系统设计 70 4.4.2 pagePIDTuning 70-71 4.5 PID仿真 71-74 4.5.1 系统设计 71-72 4.5.2 pagePIDSimulation 72-73 4.5.3 FurnaceZoneSim 73-74 4.5.4 ModelParam 74 4.6 预测控制仿真 74-75 4.6.1 系统设计 74 4.6.2 pagePCSimulation 74-75 4.7 预测控制实时控制 75-78 4.7.1 系统设计 75-76 4.7.2 PreCtrlZone1 76-77 4.7.3 pagePCControl 77-78 4.8 本章小结 78-79 第五章 成果与展望 79-90 5.1 成果展示 79-88 5.1.1 主界面 79-80 5.1.2 辨识实验 80 5.1.3 模型参数辨识 80-82 5.1.4 PID参数整定 82 5.1.5 PID仿真 82-84 5.1.6 PID系统控制 84-85 5.1.7 预测控制仿真 85-87 5.1.8 预测控制实时控制 87-88 5.2 总结与展望 88-90 参考文献 90-93 致谢 93-94 收录和发表文章目录 94
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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