控制系统的仿真设计已经成为控制系统设计的一个关键步骤。热工控制对象往往比较复杂,对安全性和经济性的要求也较高,人们几乎不可能在热工对象上进行直接的控制系统设计,而要通过仿真以加深对系统本质的掌握和了解。同时,面向对象的软件开发方法与传统的面向过程的控制系统仿真软件开发方法相比有很多优点,可大大方便热工控制系统设计平台的开发和后续工作。 根据热工控制系统的特点,本文采用面向对象的思想和开发手段,应用Java语言设计了热工控制系统设计平台。该软件采用典型环节作为基本的操作单元,可快捷方便的实现结构图的绘制和处理。通过对信号流图和梅森公式的分析,提出了一种新的单输入单输出系统结构图求传递函数的计算机求解算法,完成了相关公式的推导和传递函数的离散化处理等工作。 本文在分析热工对象现代建模和控制技术的基础上,以热工控制系统设计软件为平台,开发了双输入单输出热工对象的神经网络灰箱式建模和单输入单输出热工对象的单神经元自适应预测控制软件模块,并将该功能应用于大时滞热工对象——换热器的建模和控制仿真实验中。在建模过程中,推导了通用的前馈网络和改进Elman网络的基于工作点的灰箱式建模算法,这两种算法以矩阵表示,易于理解和编程,适用性强。在网络训练中,提出了综合的自适应步长调整策略,保证网络的收敛性并避开局部极小点。通过仿真实验,确定了神经网络在换热器训练和单神经元自适应预测控制系统中参数的最佳范围。与常规PID控制相比,单神经元控制能够获得较好的控制品质,表明该控制系统是可行的,本文同时也指出该控制系统的进一步改进措施。