5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。
目前,PLC的应用十分广泛,涉及到过程控制的方方面面。但在控制策略上,它依然沿用传统的PID控制。许多PLC开发商把PID算法做成模块,固化在PLC中。
但从长远角度看,对于一些复杂的控制系统,PID很难满足控制要求,这就需要把先进的控制算法嵌入到PLC的设计中。本课题以此为主要研究内容。
工业过程的复杂性以及对于控制日益提高的要求,各种先进控制算法越来越多地深入到控制领域,但由于PLC的编程目前还限于低级语言(如梯形图),所以,给在PLC上实现先进控制算法带来了困难。SIEMENS在PLC的编程系统STEP7中提供了比较丰富的功能模块,因此,本课题首先是通过对控制算法的研究与改进和对STEP?功能的开发,使先进控制策略在S7-300 PLC上得以较好的实现。本论文重点研究基于PLC的模糊控制器的实现,这一领域目前研究的比较多,因此在总结前人研究方法的基础上,设计出一个基于PLC的通用的模糊控制器,并使其固化在STEP7软件中。此外,对于PLC预测控制虽已有一些研究,但都仅限于理论方面,尚未给出PLC上实现的实例。本课题也想在此方面有所创新,开发出基于PLC的预测控制实现技术。
本论文第一章简要介绍了课题的来源背景、主要内容、目的意义以及国外相关工作的研究状况等。
第二章介绍了SIMATIC S7-300 PLC的主要特点,系统组成及控制系统的配置与实现,同时介绍了STEP?软件的功能及结构,组态环境,以及一些基本算法的实现方法。
第三章重点阐述了模糊控制的基本理论、模糊控制算法、模糊控制器的结构及设计方法。提出了基于PLC的模糊控制器的实现方法,即采用MATLAB离线设计,PLC在线查询的方式。给出了STEP?实现模糊算法的流程图及部分程序。
最后建立一个过程仿真系统,对PLC模糊控制器进行仿真验证。
第四章介绍了预测控制的基本理论,重点阐述了广义预测控制算法,并结合PLC的特点,提出了基于PLC的单值广义预测控制器的设计方法,给出了STEP7实现单值广义预测算法的步骤与流程图。最后建立一个二阶大滞后的对象模型,构成仿真控制系统,与PID控制进行比较分析,验证PLC预测控制器的有效性。
第五章是作者在研究生期间参加的某空调性能检测实验室基于PLC实现的计算机控制系统,从系统控制方案的设计、系统配置和硬件构成、监控系统的设计等几个方面分别进行了详细的论述。
第六章结论与体会,总结自己在课题研究和项目研究的过程中的一些体会和心得,分析了工作中的不足,提出了以后工作的注意事项,改进方法。
6、研究条件和可能存在的问题。
I.尽快建立样板工程,把己经取得的研究成果应用到工程实际过程中,通过实践检验,发现问题以便不断改进和提高。
2. PLC预测控制器目前只应用了简单的单值广义预测算法,有其自身的局限性,如控制精度不高。目前,应用较为成熟的是MPC算法,因此可以把PLC-MPC控制器作为今后研究的一个重点。
3.对于PLC模糊控制器的改进,主要是在算法上,为了提高控制效果,单纯的模糊算法是不足的,改进型模糊算法如模糊PID可以改善控制器性能,因此可以开发PLC模糊PID控制器。
4.进一步挖掘STEP?软件的功能,开发过程对象仿真模块,给出基于PLC建立仿真系统的方法和步骤,为工业实阮应用缩短调试时间,保证系统的可靠性。
7、预期的结果。
1.通过对先进控制各种算法的分析比较,对先进控制理论有了进一步认识,从中学到了不少解决问题的方法,理解了传统控制方法与先进控制方法的区别。
2.基于PLC实现先进控制与基于PC实现先进控制相比较,最重要的一个优势在于PLC实现先进控制不需要通讯协议,而基于PC实现先进控制,在系统设计和运行之前必须正确的配置PC与PLC之间的通讯协议,因此可以降低系统得开发时间。其次,在系统运行时,在下位机上完成先进控制算法比在上位机完成更具有实时性。在可靠性方面,由于基于PC实现先进控制,现场的数据和信号要经过通讯传给上位机,这难免会出现数据的丢失和信号的误差,从而使系统的控制精度下降,而基于PLC实现先进控制避免了这类现象的发生。
3.西门子57-300 PLC功能强、处理速度快、模块化结构易于扩展,被广泛的应用于自动化控制系统中;其相应开发软件STEP7采用模块化编程方法,提供多种编程语言,丰富的功能模块,能实现较为复杂的功能和算法。因此二者结合 起来,为先进控制的设计与开发提供了很好的软硬件平台。
4. PLC模糊控制器采用MTALAB离线设计和PLC在线查表的方法,把复杂的模糊推理过程交给计算机离线完成,得到模糊控制量查询表供PLC在线调用。此方法将复杂琐碎的模糊控制系统的开发工作变得简单明了,大大缩短了开发周期,同时也提高的PLC控制的实时性,是目前被广泛采用且效果良好的PLC模糊控制器的设计方法。
5. PLC单值广义预测控制器采用简单实用的单值广义预测控制算法,它需要调整参数少、在线计算时间短,可适用于PLC类控制采样周期较短的快速动态过程系统。仿真结果表明:PLC单值广义预测控制器保持了预测控制的性能,控制效果较PID控制有很大改善,同时具有计算量小,响应迅速的优点。
8、论文写作进度安排。
2015.05-2015.06 开论文会议
2015.06-2015.07 确定论文题目
2015.07-2016.02 提交开题报告初稿
2016.02-2016.06 提交论文初稿
2016.07-2016.08 确定论文终稿
2016.08-2016.09 论文答辩
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