毕业论文-基于VB的先进控制程序的研究与开发.doc

第一章 绪论 1.1 课题研究对象 PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单，鲁棒性好及可靠性高，被广泛应用于过程控制与运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。然而实际工业生产过程中往往具有非线性、时变不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规的PID控制器不能达到理想的控制效果，而且在实际生产现场中，由于受到参数整定方法的复杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能不佳，对运行工况的实用性很差[1]。 现代中小规模的控制工程通常采用基于IPC的控制系统，系统具有数据采集、控制与管理功能。如能进一步采用先进控制算法，便可以设计出低成本的先进控制系统。 在该课题中，被控对象为电加热器，要对其实现高精度的恒温控制，且调节时间尽可能短。硬件采用ADVANTECH的IPC和PCL-1800多功能卡，用VB编写基于遗传算法整定的PID控制算法的控制程序，主要是采用实数编码。 1.2 PID整定方法的发展 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。 PID控制器问世至今已有近60年的历史了，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统的参数的时候，便最适合用PID控制技术。 随着计算机技术和最优控制理论的发展，PID参数的整定方法发生了很大的变化，出现了一些基于计算机的PID参数最优整定方法。最优控制理论的应用，加上计算机的高速运算能力，赋予了PID参数优化这样的多变量最优化问题新的生命力，PID控制器的最优化整定方法是针对特定的系统建立数学模型，运用各种数值解法按照一定的性能指标进行优化。常用的性能指标有各种积分型指标，如ISE、IAE、ISTE、ITAE等指标。近年来，随着智能控制理论的发展，专家系统、模糊控制以及神经网络日益受到控制界的重视，出现了一些智能优化手段，主要有专家智能型PID参数自整定技术、基于模糊推理的PID自寻优技术、其他的如启发式搜索、霍普费尔德神经网络、模拟退火、遗传算法(GA)智能整定技术。 Visual Basic 是Microsoft 公司开发的Windows 应用程序开发工具，Visual ——“可视化的”，是一种开发图形户界面（GUI）的方法。1991年推出 VB1.0，1992、1993、1995、1997、1998,2000相继推出：2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0,VB.Net(7.0)版本。5.0 ,6.0包含三种版本（学习版、专业版和企业版） 英文Visual的意思是“视觉的”，“可视的Baisc”这个名字可能抽象了点，但实际上它却是最直观的编程方法，之所以叫做“可视”，你只要看到VB的界面就会明白，实际上你无需编程，就可以完成许多步骤。 在VB中引入了控件的概念，在Windows中控件的身影无处不在，如按钮、文本框等，VB把这些控件模式化，并且每个控件都有若干属性用来控制控件的外观，工作方法，能够响应用户操作（事件）。这样你就可以象在画板上一样，随意点几下鼠标，一个按钮就完成了，这些在以前的编程语言下是要经过相当复杂的工作的。 VB的特点如下: 1. 具有面向对象的可视化设计工具; 2. 事件驱动的编程机制; 3. 提供了易学易用的应用程序集成开发环境; 4. 结构化的程序设计语言; 5. 支持多种数据库系统的访问; 6. Active技术; 7. VB 6.0在开发环境上、网络功能等的增强; 8. 完备的help联机帮助功能。 Visual Basic6.0的新特性 1.数据访问的新特性 2. Internet功能的增强 3.控件、语言和向导方面的新增特性 4.高度可移植化的代码 5.创建ActiveX控件更加轻松方便 6.在线帮助更加完善。 我们知道现代中小规模的控制工程通常采用基于IPC的控制系统，系统具有数据采集、控制与管理功能。如能进一步采用先进控制算法如遗传算法，便可以设计出低成本的先进控制系统。但是目前，关于遗传算法的书籍大部分都针对它的理论方面。主要是采用MATLAB进行编程仿真。虽然可以取得很好的仿真效果，但毕竟缺少使用性。而采用VB编程实现，可以提供一个很好的人机界面，并且需要时即可以与外接设备进行连接通讯，这样便可以投入到应用中。因此，鉴于实用性方面的考虑，最后以VB进行编制程序。 图1-1 VB集成开发环境 1.4 PID参数的遗传算法寻优 遗传