基于网络化控制系统的DTS.doc

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1、基于网络化控制系统的DTS-200三容液位过程控制仿真实验1.课题来源及研究的背景和意义过程控制即对连续生产过程的自动控制，作为自动化技术的重要分支，已广泛应用于石油、化工、制药、轻工、纺织、冶金、环境工程等国民经济领域。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争力等方面起着越来越巨大的作用，先进过程控制技术已成为国内外高校及企业的研究热点。在这样的背景下，过程控制也成为国内高校自动化专业的重要专业课程。掌握

2、好这门课程对于学生来说，即是今后科研工作的理论基础，也是提高分析解决实际工程问题的重要机会。对于专业课程教学而言，理论与实际的结合是至关重要的，重视实践性教学环节，着眼培养学生的动手技能对学生的专业能力提高具有重大意义。本文主要研究对象为德国Amira公司的DTS-200三容水箱过程控制实验系统，它是一种可以模拟多种对象特性的实验装置，同时配备了相应的软件平台。作为典型的过程控制实验设备，其在国内外很多大学和实验室都已得到了广泛的应用，在过去几十年中，三容水箱系统作为研究故障诊断与容错控制问题的基准系统被学术界广为接受。同时三

3、容液位控制是综合实验系统，该系统为集于了自动控制原理、计算机控制、传感器技术、过程控制等理论知识，可以进行数学建模、单容、双容、三容PID液位控制以及解耦、模糊、预测控制等高级算法实验，是高校自动化课程中重要且实用的实验教学设备。但是，在高校实际课程教学中，仍存在许多问题亟待解决：（1）类似这样进口仪器设备价格昂贵，大部分高校没有经费购置，无法开展相关实验；而在少数配置了设备的高校内，由于课程设置原因仪器确长期闲置不用，造成资源得不到合理利用，效率低；（2）由于过程控制实验是连续过程，学生大量时间浪费在等待上；另外，如果课程时

4、间冲突，学生则会失去做实验的机会；（3）教学仪器通常只有一套，由老师演示完成，学生实际动手实践机会极少，难以获得感性认识，实验效果难尽人意；在这样的背景下，网络化控制系统三维实时仿真实验室(3D-NCSLab)应运而生。NCSLab是基于互联网的三维虚拟现实的实时仿真控制系统实验室。它集成了多种三维虚拟现实的实验设备，可以对各类经典控制、现代控制、先进控制系统等进行实时仿真。它可针对各种三维虚拟被控制对象，在互联网浏览器中对控制方法和策略进行闭环控制系统的可视化组态设计；然后自动生成可执行代码，经网络下载到实时仿真控制器中执行

5、，实现控制系统的实时仿真；同时经网络化可视监控组态设计可实现远程监视和远程调试。这样一来，各高校学生只需要登录WEB浏览器，输入相应域名即可登录网络实验室操作实验，而不受时间地点的限制，极大地促进了高校间实验资源的合理利用，也便利了学生的实验和学习。另外，该平台不局限于过程控制，集成了包括倒立摆、伺服系统、球杆系统等的20种三维虚拟实验设备，可以对各类经典控制（例如基于传递函数的PID控制、频率响应法、根轨迹法）、现代控制（基于状态空间方程的LQR控制）、先进控制系统（例如神经网络控制等智能控制系统）进行实时仿真，它可针对各种

6、三维虚拟被控制对象，在互联网浏览器中对控制方法和策略进行闭环控制系统的可视化组态设计；然后自动生成可执行代码，通过网络下载到实时仿真控制器中执行，实现控制系统的实时仿真；同时经网络化可视监控组态设计可实现远程监视和远程调试，极大的丰富了教学内容。国内外在该方向的研2.国内外研究现状及分析1.网络实验室的研究现状当今，随着网络技术的发展和网络规模不断扩大，网络越来越成为人们生活的一部分，在这种前提下，基于Web的远程实验室应运而生。网络实验室由于其具有资源共享、拓展灵活、有利于个性化实验和操作简单等方面的优势，无论在国内还是在国

7、外都受到越来越多的重视，越来越多的国家都在积极开发网络实验室，包括美国、德国、新加坡等。几年前，在米兰理工大学就建成能够提供课程讨论和辅导的远程教育系统。在德国的埃朗根-纽伦堡大学建成了介绍VHDL工具的虚拟实验室，它可以作为辅导教学的手段，可以给学生演示如何对实验设备进行控制。在国内，中国科学技术大学信息网络实验室为无线网络通信安徽省重点实验的成员单位之一，由李津生教授创建于1988年，原名ISDN实验室。实验室自成立以来，一直致力于网络基础理论研究和关键技术开发，先后承担了国家自然科学基金、科技部重大专项、863课题、中国

8、下一代互联网CNGI项目、国家攻关课题等20余项国家、军队和省部级重大课题。实验室是国内较早从事IPv6技术研究和应用的科研单位之一。目前，在对新一代网络技术及其应用的研究中，实验室主要课题方向包括：P2P、流媒体传输、无线分布式网络体系结构（包括无线AdHoc网络、无线Me