【摘 要】
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许多工业过程的控制回路之间存在耦合作用,使得常规的单回路控制器作用效果变差,甚至难以投入自动运行。多变量解耦控制是有效解决上述问题的控制策略,而在自动化教学中对多变量解耦控制的介绍多偏重于数学理论,因而耦合及解耦控制问题一直是自动化教学中的难点和重点之一。本文在辽宁省冶金综合自动化工程实验室建设项目的支持下,以两路空气混合过程为物理对象,设计和开发了具有与工业环境高度一致的多变量解耦控制教学实验平
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许多工业过程的控制回路之间存在耦合作用,使得常规的单回路控制器作用效果变差,甚至难以投入自动运行。多变量解耦控制是有效解决上述问题的控制策略,而在自动化教学中对多变量解耦控制的介绍多偏重于数学理论,因而耦合及解耦控制问题一直是自动化教学中的难点和重点之一。本文在辽宁省冶金综合自动化工程实验室建设项目的支持下,以两路空气混合过程为物理对象,设计和开发了具有与工业环境高度一致的多变量解耦控制教学实验平台。基于该平台可以在工业环境下开展具有多变量强耦合过程的辨识和解耦控制实验,有助于加深自动化专业学生对多变量解耦控制的理解,从而改善教学效果。本文的主要工作如下:（1）在对现有过程控制实验教学平台的发展状况以及多变量解耦控制问题进行详细综述的基础上,以空气混合过程为被控对象,从辅助教学实验的目标出发,对多变量解耦控制实验系统平台的教学实验需求进行了详细分析。（2）设计了由两路空气混合被控对象、检测仪表及执行机构、PLC控制系统、监控计算机以及模型计算机组成的多变量解耦控制教学实验平台的系统架构。进行了教学实验相关功能模块设计,可以进行传递函数矩阵辨识、相对增益矩阵辨识、解耦器设计、解耦控制运行等教学实验,并且可以进行多种解耦控制算法的比较实验。（3）基于 Siemens 公司 S7-300 PLC、SIMATIC WinCC 和 MATLAB GUI 软件对空气混合过程解耦控制平台软件进行了开发,采用西门子工控软件完成PLC过程控制和监控软件。采用MATLAB开发了负担复杂计算任务（传递函数矩阵辨识、解耦器设计）的模型计算机软件,采用OPC方式实现了 PLC系统与模型机软件之间的数据通讯。（4）在所开发的空气混合过程解耦控制教学实验平台上进行了一系列的实验验证,实验结果表明,该平台具有高度模拟工业现场环境、直观易懂、安全可靠、方便灵活的优点,对解耦控制的教学起到一定的推动作用。
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