解耦控制的混凝土控制系统的设计与仿真
摘 要 混凝土配料控制系统是确定混凝土生产质量最重要的因素，所以混凝土控制系统的设计对于工业生产是非常重要的。基于解耦控制的混凝土控制系统可以简化实际的工业过程。影响混凝土快干性和强度的两个主要因素是纯原料量和水含量。在本控制系统的设计中，我们将纯原料量和水含量作为输入量，将混凝土快干性和强度作为输出量，并且在系统中一定要考虑变量间的耦合。我们采用对角矩阵的解耦方法，以此来对控制系统进行解耦，最后才有可能实现对系统的控制要求。 本文简要介绍了MATLAB和Simulink的基本概念，并且在多种解耦控制的方式中选择了对角矩阵解耦控制的方法，以此为基础进行控制系统的设计与仿真，然后建立控制对象的调节系统仿真模型，进行了稳定性分析，系统辨识，参数设置整定，控制策略选择，最终设法简化解耦调节器，并进行了系统仿真和分析鲁棒性。由以上实验设计得出的结论是，无论是不存在耦合或者存在耦合的系统，解耦后仿真效果是相同的，并且鲁棒性强。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题背景 1
1.2.1 混凝土控制系统发展的背景 1
1.2.2 国内外过程控制系统的发展概况 2
1.3 课题的现实意义 3
第二章 系统的设计与仿真基础 4
2.1 MATLAB计算与仿真基础 4
2.1.1 MATLAB概念 4
2.1.2 MATLAB系统结构 4
2.2 SIMULINK仿真基础 5
2.2.1 Simulink仿真概述 5
2.2.2 Simulink仿真模型组成 6
2.2.3 Simulink仿真的基本过程 6
2.2.4 Simulink仿真建模的要求 7
2.3 解耦系统分类及方法 7
2.3.1 解耦控制系统的分类 7
2.3.2 系统解耦方法 8
2.4 解耦控制中的问题 8
2.4.1 稳定性问题 8
2.4.2 部分解耦问题 9
2.4.3 解耦系统的简化 9
第三章 混凝土控制系统整体设计 11<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 3.1 设计要求 11
3.2 设计目标 11
3.3 系统组成及控制原理 11
第四章 混凝土控制系统的设计与仿真 13
4.1 控制系统的设计与仿真 13
4.1.1 系统相对增益 13
4.1.2 系统耦合分析 13
4.1.3 确定解耦调节器 14
4.1.4 控制器形式选择与参数整定 17
4.1.5 系统仿真 19
4.2 系统的简化与仿真 21
4.2.1 解耦调节器的简化及解耦效果 21
4.2.2 系统仿真 22
4.3 鲁棒性分析 23
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 引言
在当今社会中，我们国家对于混凝土的质量的标准是很严苛的，但是由于生产技术相对差劲，生产设备相对落后，所以没有办法保证高品质的产品质量以及产品一致性。混凝土中的水和水泥之比是最后直接决定混凝土的强度和耐用性的两个重要的因素，在这个时候，我们就必须要有一个优秀的混凝土配料控制系统来操作，来处理混凝土中所含的水分，还有以及其他不同的含量成分之比。
运用对角矩阵解耦控制器，来减小各个变量通道之间的耦合程度，并且运用了PI控制器的方式，让我们方便改进配料的精确度，增大了它的鲁棒性，并且最后实现了去总体优化了整个的生产过程，来使得企业可以实现经营管理和发展的现代化，为此提供了便利。
此混凝土配料控制系统完全利用了自身的控制精度高、抗干扰能力强等长处，一直都被要求保持在设定值范围内，可以控制和监视在被控对象的输出变化的确切数额，可以克服对象的性质变化的影响，具有自适应能力，而且更容易配合工控机的管理和操作。并且研制出的混凝土控制系统稳定可靠，配料均匀，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，节约了人工成本，促进了高附加值。
这次毕业设计的目的是，利用仿真软件来对调整混凝土控制系统，基于解耦控制，最后进行控制系统的仿真，并且进行策略的分析，最终我们可以得出整体部分的鉴定的合格性。
1.2 课题背景
1.2.1 混凝土控制系统发展的背景
混凝土是世界上应用最广泛的人造材料，在经济发展的道路上是不可或缺的一环。现今我国正处于迅速发展的时期，随着经济的迅猛发展，国家投资了大量的人力物力在桥梁、道路以及城市基础设施建设上，混凝土产量也在逐渐提高。特别是在最近的几年，国家的重点工程项目比如“西部大开发”、“西气东输”、“南水北调”“中部崛起”等计划战略实施拉动了地方的经济增长和基础建设，同样需要大量的混凝土来支持。
混凝土因为自身可塑性优越，抗水性良好，耐水性优异以及最具有竞争力的经济性等等特点，已经成为了当今社会使用范围最广泛，用量最大的建筑材料。它还具有价格低廉、原料丰富，以及生产工艺简单的优点，混凝土工业正在快速的发展。不论是生活生产，都需要混凝土作为基础来进行基础建设，来给人们的生活提供便利。所以说，房屋、桥梁、水库、大坝等一系列的安全，都是和混凝土的质量息息相关的，所以说，混凝土的质量是关系到国家民生安全的大事，十分重要。因此，我们如何去设计，并且选择一个高质量的混凝土控制系统，然后让它能够生产出高效率的、高品质的混凝土，这已经逐渐变成了混凝土生产企业工业生产过程中最为关注的最大的问题。
伴随着我国社会经济的不断发展，以及生产技术的不断进步，我们对于混凝土的需求量，也变得越来越大，质量的要求也变得越来越高了。所以，提高混凝土的质量，还有增加混凝土的产量，都是非常重要的。然而，在如此多的混凝土控制系统之中，混凝土质量的好坏，是取决于混凝土配料控制系统的质量的好坏。自动控制的混凝土配料控制系统，它的高性能、高效能、高功能的优点就是最重要的突破点。要抓住这些突破口并且进行研究分析，从而制造出优异的控制系统。
1.2.2 国内外过程控制系统的发展概况
过程控制是与工业生产过程联系密切的学科。随着科技的迅速发展，过程控制也在飞速发展，它在工业改造中起到了非常重要的作用，生产过程自动化可以降低消耗、减少成本、保持生产稳定、改善劳动条件、保证安全以及提高了劳动生产效率等。
在二十世纪四十年代以前，并没有自动控制系统的概念，绝大部分的工业生产，都是处在人工手动的操作的状态，没有任何机械的支持。所以，人们都是利用控制生产过程中所积累下来的主要的经验，以这些经验为基础，来继续完成劳动生产。在这种情况下所得到的劳动生产率，是特别低的。
在接下来的二十世纪五十年代前后，过程计算机控制系统就已经开始有所发展了，过程控制理论仍然是采用经典控制理论中的频率法和根轨迹法，那时就已经是开始实现局部自动化的阶段。经过研究后，主要解决了恒定值控制系统的分析，以及单输入单输出的综合问题。经典控制理论经过实施后，之后是一直在生产过程中有得到广泛的运用。一直到今天，经典控制理论仍然是在生产过程中使用的主要控制理论，人们也逐渐开始了解并且运用经典控制理论来实现自动控制系统的操作。
二十世纪六十年代开始，过程控制逐步得发展起来，并且逐步完善了现代控制理论。随着生产过程不断强化，更加连续并且大型化，我们对于过程控制的内在规律也有了进一步的了解。然而，这些理论和方法，在企业生产过程中的应用是有限的，并没有达到预期的效果。
尽管计算机技术不断的在发展，在过程控制领域，可以慢慢通过计算机中这样一个强大的工具来实现自动控制，但是它的自动控制策略，仍然是不够的。所以在控制系统的算法中，占主导地位的仍然是传统的PID算法。在这样的情况下可以看出，人们并没有充分发挥计算机强大的功能，以此来提高控制处理的级别。只有充分利用好计算机来进行控制系统的研究，才能加速提高控制系统的发展。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题背景 1
1.2.1 混凝土控制系统发展的背景 1
1.2.2 国内外过程控制系统的发展概况 2
1.3 课题的现实意义 3
第二章 系统的设计与仿真基础 4
2.1 MATLAB计算与仿真基础 4
2.1.1 MATLAB概念 4
2.1.2 MATLAB系统结构 4
2.2 SIMULINK仿真基础 5
2.2.1 Simulink仿真概述 5
2.2.2 Simulink仿真模型组成 6
2.2.3 Simulink仿真的基本过程 6
2.2.4 Simulink仿真建模的要求 7
2.3 解耦系统分类及方法 7
2.3.1 解耦控制系统的分类 7
2.3.2 系统解耦方法 8
2.4 解耦控制中的问题 8
2.4.1 稳定性问题 8
2.4.2 部分解耦问题 9
2.4.3 解耦系统的简化 9
第三章 混凝土控制系统整体设计 11<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
br /> 3.1 设计要求 11
3.2 设计目标 11
3.3 系统组成及控制原理 11
第四章 混凝土控制系统的设计与仿真 13
4.1 控制系统的设计与仿真 13
4.1.1 系统相对增益 13
4.1.2 系统耦合分析 13
4.1.3 确定解耦调节器 14
4.1.4 控制器形式选择与参数整定 17
4.1.5 系统仿真 19
4.2 系统的简化与仿真 21
4.2.1 解耦调节器的简化及解耦效果 21
4.2.2 系统仿真 22
4.3 鲁棒性分析 23
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 引言
在当今社会中，我们国家对于混凝土的质量的标准是很严苛的，但是由于生产技术相对差劲，生产设备相对落后，所以没有办法保证高品质的产品质量以及产品一致性。混凝土中的水和水泥之比是最后直接决定混凝土的强度和耐用性的两个重要的因素，在这个时候，我们就必须要有一个优秀的混凝土配料控制系统来操作，来处理混凝土中所含的水分，还有以及其他不同的含量成分之比。
运用对角矩阵解耦控制器，来减小各个变量通道之间的耦合程度，并且运用了PI控制器的方式，让我们方便改进配料的精确度，增大了它的鲁棒性，并且最后实现了去总体优化了整个的生产过程，来使得企业可以实现经营管理和发展的现代化，为此提供了便利。
此混凝土配料控制系统完全利用了自身的控制精度高、抗干扰能力强等长处，一直都被要求保持在设定值范围内，可以控制和监视在被控对象的输出变化的确切数额，可以克服对象的性质变化的影响，具有自适应能力，而且更容易配合工控机的管理和操作。并且研制出的混凝土控制系统稳定可靠，配料均匀，大大提高了生产效率，降低了劳动强度，节约了人工成本，促进了高附加值。
这次毕业设计的目的是，利用仿真软件来对调整混凝土控制系统，基于解耦控制，最后进行控制系统的仿真，并且进行策略的分析，最终我们可以得出整体部分的鉴定的合格性。
1.2 课题背景
1.2.1 混凝土控制系统发展的背景
混凝土是世界上应用最广泛的人造材料，在经济发展的道路上是不可或缺的一环。现今我国正处于迅速发展的时期，随着经济的迅猛发展，国家投资了大量的人力物力在桥梁、道路以及城市基础设施建设上，混凝土产量也在逐渐提高。特别是在最近的几年，国家的重点工程项目比如“西部大开发”、“西气东输”、“南水北调”“中部崛起”等计划战略实施拉动了地方的经济增长和基础建设，同样需要大量的混凝土来支持。
混凝土因为自身可塑性优越，抗水性良好，耐水性优异以及最具有竞争力的经济性等等特点，已经成为了当今社会使用范围最广泛，用量最大的建筑材料。它还具有价格低廉、原料丰富，以及生产工艺简单的优点，混凝土工业正在快速的发展。不论是生活生产，都需要混凝土作为基础来进行基础建设，来给人们的生活提供便利。所以说，房屋、桥梁、水库、大坝等一系列的安全，都是和混凝土的质量息息相关的，所以说，混凝土的质量是关系到国家民生安全的大事，十分重要。因此，我们如何去设计，并且选择一个高质量的混凝土控制系统，然后让它能够生产出高效率的、高品质的混凝土，这已经逐渐变成了混凝土生产企业工业生产过程中最为关注的最大的问题。
伴随着我国社会经济的不断发展，以及生产技术的不断进步，我们对于混凝土的需求量，也变得越来越大，质量的要求也变得越来越高了。所以，提高混凝土的质量，还有增加混凝土的产量，都是非常重要的。然而，在如此多的混凝土控制系统之中，混凝土质量的好坏，是取决于混凝土配料控制系统的质量的好坏。自动控制的混凝土配料控制系统，它的高性能、高效能、高功能的优点就是最重要的突破点。要抓住这些突破口并且进行研究分析，从而制造出优异的控制系统。
1.2.2 国内外过程控制系统的发展概况
过程控制是与工业生产过程联系密切的学科。随着科技的迅速发展，过程控制也在飞速发展，它在工业改造中起到了非常重要的作用，生产过程自动化可以降低消耗、减少成本、保持生产稳定、改善劳动条件、保证安全以及提高了劳动生产效率等。
在二十世纪四十年代以前，并没有自动控制系统的概念，绝大部分的工业生产，都是处在人工手动的操作的状态，没有任何机械的支持。所以，人们都是利用控制生产过程中所积累下来的主要的经验，以这些经验为基础，来继续完成劳动生产。在这种情况下所得到的劳动生产率，是特别低的。
在接下来的二十世纪五十年代前后，过程计算机控制系统就已经开始有所发展了，过程控制理论仍然是采用经典控制理论中的频率法和根轨迹法，那时就已经是开始实现局部自动化的阶段。经过研究后，主要解决了恒定值控制系统的分析，以及单输入单输出的综合问题。经典控制理论经过实施后，之后是一直在生产过程中有得到广泛的运用。一直到今天，经典控制理论仍然是在生产过程中使用的主要控制理论，人们也逐渐开始了解并且运用经典控制理论来实现自动控制系统的操作。
二十世纪六十年代开始，过程控制逐步得发展起来，并且逐步完善了现代控制理论。随着生产过程不断强化，更加连续并且大型化，我们对于过程控制的内在规律也有了进一步的了解。然而，这些理论和方法，在企业生产过程中的应用是有限的，并没有达到预期的效果。
尽管计算机技术不断的在发展，在过程控制领域，可以慢慢通过计算机中这样一个强大的工具来实现自动控制，但是它的自动控制策略，仍然是不够的。所以在控制系统的算法中，占主导地位的仍然是传统的PID算法。在这样的情况下可以看出，人们并没有充分发挥计算机强大的功能，以此来提高控制处理的级别。只有充分利用好计算机来进行控制系统的研究，才能加速提高控制系统的发展。
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