simulink的混凝土控制系统设计与仿真(附件)【字数：11834】
摘 要伴随社会的快速发展，道路、桥梁以及城市基础设施的建设迅速增长。因此如何高效生产优质混凝土显得尤为重要。基于Simulink的混凝土控制系统能够使实际工业企业生产更为简洁方便。在这个系统里，着重研究的是如何更好的控制纯原料量和含水量。因为这将直接影响到混凝土的快干性和强度的优劣。这将直接决定了混凝土的质量，体现所设计的系统的好坏与否。大体来说这就是双输入双输出（输入方纯原料量，含水量；输出方快干性，强度）系统，利用仿真采用对角阵解耦的方法，简化系统，然后对比存在耦合时解耦不解耦的系统仿真效果，并测试鲁棒性的优劣。在这个系统中，运用的工具主要是MATLAB/Simulink，建立比例，积分，微分的调节系统的仿真框图。介绍了混凝土控制系统的硬件组成及其子系统。提出了对于不稳定性的减少的控制方法，提出多种策略以供选择，最后参数整定，仿真与分析系统的鲁棒性。经过仿真对比后就可以得出系统存在耦合时，解耦与不解偶的效果是差不多，可以选择不解耦，并且系统的鲁棒性十分优良。
Key words：Concrete control; PID control; Robustness; System simulation 目 录
第一章 绪论 1
1.1混凝土控制系统的研究意义与目的 1
1.2过程控制系统的发展历史与现状 1
1.2.1国外发展 1
1.2.2国内发展 2
1.3选择课题的意义 3
第二章 混凝土控制系统的设计相关 4
2.1设计要求 4
2.2设计目标 4
2.3硬件组成及各子模块的功能 4
第三章 混凝土控制系统的设计和仿真基础 7
3.1相对增益 7
3.1.1 相对增益矩阵的定义 7
3.1.2 相对增益的算法 8
3.1.3相对增益的性质 8
3.2系统分类与解耦方法 9
3.2.1 解耦控制系统的分类 9
3.2.2系统解耦方法 9
3.3解耦控制中的问题 12
3.3.1关于系统稳定性的问题 12
3.3.2部分解耦的问题 13
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.3.3 关于解耦系统的简单化 13
3.4 Simulink仿真环境简介 14
3.4.1 Simulink仿真建模的要求 14
3.5 PID控制器 14
3.5.1 PID控制的概述 14
3.5.2 PID控制算法 15
3.5.3 PID控制器参数整定方法 17
第四章 混凝土控制系统的设计和仿真 19
4.1 控制系统的设计和仿真 19
4.1.1 计算相对增益 19
4.1.2 耦合分析 19
4.1.3 确定解耦调节器 20
4.1.4 解耦前后的Simulink仿真 21
4.1.5 参数整定 24
4.1.6 系统仿真 26
4.2 简化系统后的仿真及分析 28
4.2.1 简化解耦调节器 28
4.2.2 系统仿真 29
4.3 鲁棒性分析 30
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1混凝土控制系统的研究意义与目的
伴随着社会的快速发展，国家愈发重视道路，桥梁，以及城市基础设施的建设。特别是近年来注重西部发展，南水北调，西气东输等计划的顺利实施，混凝土成为了使用量最大，最为重要的建筑材料，特别是对高品质混凝土的需求一度出现供不应求的局面，使得混凝土行业发展形势一片大好。也正是因为这样，混凝土生产机械有机会发展，但因为生产企业众多，生产出的产品质量有好有坏，由于混凝土的质量影响着建筑工程的质量比如说桥梁，公路，大坝，水库，房屋等的安全，这是关乎国计民生的大事，因此，如何选择优质的混凝土控制系统，使其能够最大程度上的高效的生产出高品质的混凝土，成为混凝土生产企业最关心的问题。决定混凝土的质量与效率的是在制造混凝土最开始的配料精度，而且如今的二十一世纪是一个机械化，自动化，智能化全面发展的世纪，所以机械化、自动化的混凝土配料控制系统能够很好的解决这些问题。
自动控制的混凝土配料控制系统有四大优点，第一，提高了生产效率，解放了劳动生产力，减轻了工人的体力劳动，让有限的人力资源能够得到更加充分的利用。第二，节约了生产时间，提高了生产的混凝土的质量，差错性小，次品较少，节约了成本投入，能够满足生产企业的少时优质的要求。第三，有利于环保，因为混凝土生产会排放出大量的二氧化碳，二氧化硫以及粉尘，还会消耗大量水资源，并排放大量废水，这都会对生态环境造成破坏，现在利用自动化技术，节约资源，节约能源，最大限度地减少开发与利用天然资源。第四，系统控制操作简单，维护方便，生产流程等计算时间可由用户根据生产需要和操作习惯自行定义。
自动化的混凝土配料系统现在逐步成为当今社会生产混凝土的生产机械控制系统的主流，同时也使得混凝土配料控制系统的重要性逐日提供，成为生产混凝土的中坚力量。此课题是利用MATLAB进行建模，仿真和综合分析，设计与仿真，最后进行鉴定，得出结论。
1.2过程控制系统的发展历史与现状
1.2.1国外发展
过程控制是自动化的重要分支，过程控制的发展离不开控制理论，仪表，计算机等与之相关的学科发展。20世纪30年代，工业生产落后，基本处于手动操作的时候，大多凭借经验控制生产，生产效率低，需要大量的劳动力，不利于社会快速发展。20世纪40年代，提出过程控制研究，过程控制得到初步发展，主要应用的控制理论为经典控制理论，利用常规仪表(气动、液动、电动)控制工具来控制生产。此时的过程控制由于控制系统硬件的限制，再加上理论相对不成熟所以过程控制的方案设计是设计为线性单输入单输出。尽管抗干扰能力弱，但过程控制的开环控制稳定，控制水平是简单控制。20世纪50年代到60年代，航空工业的发展，过程控制也得到快速的发展，串级控制、前馈控制等等控制方法也适应时机而产生.为了使系统平稳，进而产生了比值控制、均匀控制等方法。
由于工业技术不断发展，对生产过程提出更高的要求，经典控制理论不能再满足工业生产的需要。Kalman建立的控制系统的状态空间表示方法为现代控制理论打下了基础。20世纪70年代到80年代，运用的控制理论是现代控制理论，利用分布式控制计算机（DCS）控制工具，采用多变量预测控制的先进的控制方法，使控制达到了一个新的高度，离期望实现高质量，高产量，低消耗的目标又近了一步，而在这期间不免出现问题，不少研究者产生困惑，现代控制理论是否适合过程控制的运用。通过不断地实验与实践，更加努力的钻研与克服难点，减小了理论与实际生产的差距。20世纪90年代现代控制理论更加完善成熟，运用控制论、信息论、系统论、人工智能等学科交叉，利用计算机网络，使得过程控制不再采用传统模式，为了达到市场预测、快速响应、柔性生产、创新管理等控制要求，采用综合自动化(CIPS)的控制方法,也就是集控制、优化、调度、管理为一体的新模式。这时的过程控制的目标则是提高质量，降低成本，节约环保，最大限度地满足市场生产的需求。
Key words：Concrete control; PID control; Robustness; System simulation 目 录
第一章 绪论 1
1.1混凝土控制系统的研究意义与目的 1
1.2过程控制系统的发展历史与现状 1
1.2.1国外发展 1
1.2.2国内发展 2
1.3选择课题的意义 3
第二章 混凝土控制系统的设计相关 4
2.1设计要求 4
2.2设计目标 4
2.3硬件组成及各子模块的功能 4
第三章 混凝土控制系统的设计和仿真基础 7
3.1相对增益 7
3.1.1 相对增益矩阵的定义 7
3.1.2 相对增益的算法 8
3.1.3相对增益的性质 8
3.2系统分类与解耦方法 9
3.2.1 解耦控制系统的分类 9
3.2.2系统解耦方法 9
3.3解耦控制中的问题 12
3.3.1关于系统稳定性的问题 12
3.3.2部分解耦的问题 13
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
.3.3 关于解耦系统的简单化 13
3.4 Simulink仿真环境简介 14
3.4.1 Simulink仿真建模的要求 14
3.5 PID控制器 14
3.5.1 PID控制的概述 14
3.5.2 PID控制算法 15
3.5.3 PID控制器参数整定方法 17
第四章 混凝土控制系统的设计和仿真 19
4.1 控制系统的设计和仿真 19
4.1.1 计算相对增益 19
4.1.2 耦合分析 19
4.1.3 确定解耦调节器 20
4.1.4 解耦前后的Simulink仿真 21
4.1.5 参数整定 24
4.1.6 系统仿真 26
4.2 简化系统后的仿真及分析 28
4.2.1 简化解耦调节器 28
4.2.2 系统仿真 29
4.3 鲁棒性分析 30
结束语 33
致 谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1混凝土控制系统的研究意义与目的
伴随着社会的快速发展，国家愈发重视道路，桥梁，以及城市基础设施的建设。特别是近年来注重西部发展，南水北调，西气东输等计划的顺利实施，混凝土成为了使用量最大，最为重要的建筑材料，特别是对高品质混凝土的需求一度出现供不应求的局面，使得混凝土行业发展形势一片大好。也正是因为这样，混凝土生产机械有机会发展，但因为生产企业众多，生产出的产品质量有好有坏，由于混凝土的质量影响着建筑工程的质量比如说桥梁，公路，大坝，水库，房屋等的安全，这是关乎国计民生的大事，因此，如何选择优质的混凝土控制系统，使其能够最大程度上的高效的生产出高品质的混凝土，成为混凝土生产企业最关心的问题。决定混凝土的质量与效率的是在制造混凝土最开始的配料精度，而且如今的二十一世纪是一个机械化，自动化，智能化全面发展的世纪，所以机械化、自动化的混凝土配料控制系统能够很好的解决这些问题。
自动控制的混凝土配料控制系统有四大优点，第一，提高了生产效率，解放了劳动生产力，减轻了工人的体力劳动，让有限的人力资源能够得到更加充分的利用。第二，节约了生产时间，提高了生产的混凝土的质量，差错性小，次品较少，节约了成本投入，能够满足生产企业的少时优质的要求。第三，有利于环保，因为混凝土生产会排放出大量的二氧化碳，二氧化硫以及粉尘，还会消耗大量水资源，并排放大量废水，这都会对生态环境造成破坏，现在利用自动化技术，节约资源，节约能源，最大限度地减少开发与利用天然资源。第四，系统控制操作简单，维护方便，生产流程等计算时间可由用户根据生产需要和操作习惯自行定义。
自动化的混凝土配料系统现在逐步成为当今社会生产混凝土的生产机械控制系统的主流，同时也使得混凝土配料控制系统的重要性逐日提供，成为生产混凝土的中坚力量。此课题是利用MATLAB进行建模，仿真和综合分析，设计与仿真，最后进行鉴定，得出结论。
1.2过程控制系统的发展历史与现状
1.2.1国外发展
过程控制是自动化的重要分支，过程控制的发展离不开控制理论，仪表，计算机等与之相关的学科发展。20世纪30年代，工业生产落后，基本处于手动操作的时候，大多凭借经验控制生产，生产效率低，需要大量的劳动力，不利于社会快速发展。20世纪40年代，提出过程控制研究，过程控制得到初步发展，主要应用的控制理论为经典控制理论，利用常规仪表(气动、液动、电动)控制工具来控制生产。此时的过程控制由于控制系统硬件的限制，再加上理论相对不成熟所以过程控制的方案设计是设计为线性单输入单输出。尽管抗干扰能力弱，但过程控制的开环控制稳定，控制水平是简单控制。20世纪50年代到60年代，航空工业的发展，过程控制也得到快速的发展，串级控制、前馈控制等等控制方法也适应时机而产生.为了使系统平稳，进而产生了比值控制、均匀控制等方法。
由于工业技术不断发展，对生产过程提出更高的要求，经典控制理论不能再满足工业生产的需要。Kalman建立的控制系统的状态空间表示方法为现代控制理论打下了基础。20世纪70年代到80年代，运用的控制理论是现代控制理论，利用分布式控制计算机（DCS）控制工具，采用多变量预测控制的先进的控制方法，使控制达到了一个新的高度，离期望实现高质量，高产量，低消耗的目标又近了一步，而在这期间不免出现问题，不少研究者产生困惑，现代控制理论是否适合过程控制的运用。通过不断地实验与实践，更加努力的钻研与克服难点，减小了理论与实际生产的差距。20世纪90年代现代控制理论更加完善成熟，运用控制论、信息论、系统论、人工智能等学科交叉，利用计算机网络，使得过程控制不再采用传统模式，为了达到市场预测、快速响应、柔性生产、创新管理等控制要求，采用综合自动化(CIPS)的控制方法,也就是集控制、优化、调度、管理为一体的新模式。这时的过程控制的目标则是提高质量，降低成本，节约环保，最大限度地满足市场生产的需求。
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