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基于自动化实验室建设和控制工程实践的需要,本文开发了一套能够适用于高等学校电子信息类专业的通用控制对象仿真平台,并在实验室条件下对锅炉汽包水位控制系统进行模拟和工控应用程序的仿真及调试,从而在工业现实中为锅炉的运行及控制提供可行性的理论与指导,解决了工程设计方案的实验教学环节的实施与验证的难题。 文中给出通用控制对象仿真平台的总体方案设计;根据实际控制对象的信号特点及实验仿真的需要,运用模拟/数字电子技术、单片机接口技术、控制理论设计了硬件平台各个功能模块设计,如多路模拟量输入/输出模块、多路数字量输入/输出模块、多路计数模块、通信模块、人机接口模块、PWM输出模块等等,采用C8051F系列单片机设计;并结合锅炉汽包水位控制系统所用的资源,从主要指标、结构组成、原理设计等进行详细介绍。 通用控制对象仿真平台由锅炉硬件仿真平台、控制器硬件仿真平台和上位机三部分组成。控制器将水位控制实际值转化为对应的传感器输出值并产生控制量,锅炉硬件平台接收控制量产生汽包水位实时值(此时利用VB实现通信与数据传递,组态软件实现动画界面),并传递给控制器与汽包水位给定值比较,形成闭环控制系统。 本文分析了影响汽包水位的各种因素,并对汽包水位的动态特性进行研究,最终决定采用串级三冲量给水控制系统消除水位偏差。另外介绍了数字PID控制算法,根据汽包水位控制实际要求,采用模糊PID控制,通过SIMULINK仿真得出后者抗干扰能力和鲁棒性更好,有效解决了“虚假水位”的问题。