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基于Internet的锅炉控制远程实验系统研究

作　者: 郭晨宇
导　师: 阎有运
学　校: 河南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 远程实验锅炉控制 Visual C++ 后台控制服务器
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 26次
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内容摘要

针对传统实验教学存在实验安排不灵活、仪器维护困难的弊端和虚拟实验室以软件来模拟实验仪器、难以反映实验的现场特性、与实际的硬件实验存在差距的问题,本论文在探索远程实验教学发展的前提下,提出了一种将硬件实验资源网络化的解决方案,系统以锅炉控制系统作为实验对象,采用基于浏览器/服务器的设计模式,旨在使学生能够直接通过Internet控制远程实验室的锅炉控制装置,为学生提供一个基于硬件控制适用于控制理论教育和研究的网络化实验平台。该课题在提出整个远程实验系统构成的基础上,详细介绍了后台控制子系统的设计和实现,它由锅炉控制系统和后台控制服务器构成。后台控制服务器为整个远程实验系统提供后台控制服务,一方面利用I/O板卡和多媒体定时器实现与实验锅炉的高精度通信,另一方面基于TCP协议和Winsock编程接口实现实验数据在网络上的传输,控制服务器软件采用基于Visual C++的开发环境实现,代码执行效率高,实时性好。系统的运行结果表明:用户可以在Internet上使用系统自带的控制程序或在进行自主开发型实验使用自己开发的程序来在线控制远程实验室的控制装置,获取动态实时响应曲线,同时可以通过网络摄像机观察现场的实验运行画面,这说明了后台控制子系统设计的良好性能和远程实验系统方案的可行性。同时,运行结果也充分说明了该系统能够有效的实现硬件资源的共享,为控制学科实验教学提供一个模型参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-15
  1.1 国内外研究现状  9-12
  1.2 课题研究的意义与可行性分析  12
  1.3 本论文解决的问题与特色  12-15
2 远程实验总体方案设计  15-27
  2.1 锅炉控制系统介绍  15-21
    2.1.1 控制系统总体介绍  15-16
    2.1.2 操作台功能介绍  16
    2.1.3 检测仪表特点与功能  16-17
    2.1.4 I/0 板卡特点与功能  17-21
  2.2 远程实验总体方案设计  21-25
    2.2.1 远程实验系统总体结构设计  21-22
    2.2.2 远程实验系统简化结构设计  22-25
  2.3 远程实验系统功能  25
    2.3.1 实时控制实验  25
    2.3.2 算法仿真  25
    2.3.3 实验检索  25
    2.3.4 理论教学  25
  2.4 远程实验系统运行机理  25-26
  2.5 小结  26-27
3 远程实验系统软件设计  27-61
  3.1 开发环境  27
  3.2 远程实验系统软件结构设计  27-30
    3.2.1 后台控制服务器软件设计  27-29
    3.2.2 软件设计所需类结构  29-30
  3.3 远程实验监控软件设计  30-61
    3.3.1 控制与采集模块设计  31-37
    3.3.2 驱动程序的设计  37-39
    3.3.3 网络通信模块设计  39-44
    3.3.4 解析模块的设计  44-45
    3.3.5 状态检测模块的设计  45-50
    3.3.6 视频监控系统的设计  50-57
    3.3.7 实验资源冲突解决策略  57-61
4 实验锅炉控制系统的控制理论与算法设计  61-71
  4.1 非线性 PID 控制  61-64
  4.2 基于状态反馈的自适应控制  64-65
  4.3 模型预测控制  65-68
    4.3.1 基本思想  65
    4.3.2 预测控制的基本特征  65-68
  4.4 算法选择与仿真  68-70
  4.5 小结  70-71
5 控制系统可完成的实验内容  71-77
  5.1 PID 调节控制实验  71-74
    5.1.1 进水阀定值控制实验  71-72
    5.1.2 水位定值控制实验  72
    5.1.3 温度定值控制实验  72-74
    5.1.4 锅炉三冲量水位控制实验  74
  5.2 BP 神经网络调节控制实验  74
  5.3 自主设计型实验  74-77
6 远程实验系统的网络安全  77-87
  6.1 远程实验中的网络安全原则  77
  6.2 实现远程实验网络安全的相关技术  77-84
    6.2.1 实验系统的可用性技术  77-80
    6.2.2 身份验证和授权  80-81
    6.2.3 实验数据的保密技术  81-82
    6.2.4 实验数据的完整性技术  82-83
    6.2.5 实验用户的诚信确认机制  83-84
  6.3 锅炉控制远程实验安全设计  84-85
  6.4 小结  85-87
7 远程实验系统的运行调试  87-91
  7.1 远程实验系统运行与调试  87-90
  7.2 小结  90-91
8 结论与展望  91-93
  8.1 结论  91-92
  8.2 展望  92-93
参考文献  93-97
研究生在读期间公开发表的学术论文及科研成果一览表  97-98
致谢  98

基于Internet的锅炉控制远程实验系统研究

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