CN107272446A - 一种面向控制算法的仿真平台及仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种面向控制算法的仿真平台及仿真方法，仿真平台包括：被控对象模型库，保存有被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据；算法仿真模块，利用控制算法对被控对象进行仿真；被控对象选择模块，根据用户自定义的条件自动选择被控对象模型；控制算法选择模块，根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择。本发明在该平台上用户不需要搭建被控对象模型就能对不同的控制算法进行仿真，而且该平台还提供多个被控对象模型，用于产生输入输出数据，使用户能够对不同的被控对象进行仿真。
Description
技术领域
本发明涉及一种面向控制算法的仿真平台的实现方法，属于工业自动化控制技术领域。
背景技术
随着信息科学技术快速发展，机械、化工、电子、电力、交通运输等行业发生了重大变化，企业生产过程和生产设备越来越复杂，对生产过程和生产设备建立精确的数学模型越来越困难，甚至是不可能实现的。如何有效利用生产过程中产生的大量的离、在线信息，在难于建立受控系统较准确的数学模型的条件下，实现对生产过程和生产设备的优化控制、预报和评价，已成为控制理论界迫切需要解决的问题。近年来，不需要被控对象数学模型信息仅利用被控对象I/O数据就能设计控制器的算法仿真方法在工业控制过程中的影响日益深远，已成为国内外研究的热点。控制算法只利用被控系统I/O数据就能设计控制器，不需要利用受控系统的模型信息。这对于不容易建立数学模型的受控系统，尤其是针对非线性系统控制问题提供了一个全新的解决思想。
控制算法思想在现代控制中显示出越来越重要的作用，但是由于数据驱动控制的研究还处于萌芽阶段，对于算法的研究必须阅读大量文献并书写控制算法和被控对象模型用于验证仿真效果，这给想了解控制算法的科研人员带来极大的不便，也给控制理论的推广和普及工作带来了挑战。
为此，本发明提供一仿真平台，该平台提供一组被控对象函数，由不同的算法对这些被控对象进行仿真，并能利用该平台进行不同控制算法控制效果的比较，从而促进控制算法的研究与发展，更好的为科研和教育服务。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种面向控制算法的仿真平台，在该平台上用户不需要搭建被控对象模型就能对不同的控制算法进行仿真，而且该平台还提供多个被控对象模型，用于产生输入输出数据，使用户能够对不同的被控对象进行仿真。
本发明的仿真平台是这样实现的：一种面向控制算法的仿真平台，包括：
被控对象模型库，保存有被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据；
算法仿真模块，利用控制算法对被控对象进行仿真；
被控对象选择模块，根据用户自定义的条件自动选择被控对象模型，被控对象模型，是通过数学建模的方式形成的能够定量地表达被控对象输入输出关系的数学表达式，可以理解为被控对象的数学化；
控制算法选择模块，根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择。
本发明的仿真方法是这样实现的：一种面向控制算法的仿真方法，包括：
步骤S1、通过算法选择模块根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择；
步骤S2、通过被控对象选择模块根据用户自定义的条件自动到被控对象模型库中选择被控对象模型；
步骤S3、利用选择的控制算法对被控对象进行仿真，并输出仿真结果。
进一步的，本发明所述被控对象模型库用于保存被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据。
进一步的，本发明所述被控对象模型是指预先利用组态软件搭建好并保存在被控对象模型库的被控对象模型；或者是用户利用组态软件自行搭建的被控对象模型。
进一步的，本发明所述控制算法是算法仿真模块中预先编制好的控制算法，用户仅需修改相应参数即可用于仿真验证；或者是用户根据自身需要利用逻辑组态软件进行自定义算法搭建，再根据I/O端口规则将自定义算法的输入输出端口定义好，便能与被控对象模块进行连接。
进一步的，本发明所述被控对象模型I/O端口分为IN输入端口和OUT输出端口，所述IN输入端口和OUT输出端口均能传输模拟量数据和传输数字量数据；其中所述IN输入端口用于将控制算法的输入纳入被控对象模型进行仿真，所述OUT输出端口用于将仿真过程数据反馈给控制算法用于闭环，同时将仿真结果反馈给用户。
本发明具有如下优点：
1、本发明不仅能对不同控制算法进行仿真，而且能在仿真过程中通过选择的方式对控制算法和被控对象模型进行切换，从而便于用户验证同一控制算法在不同被控对象模型下的控制效果，大幅提高了控制算法的验证效率；
2、用户不需要丰富的编程或数学建模知识，只需要修改仿真平台已有的控制算法参数或组态形式，就能对其进行仿真，极大得促进了控制理论的推广和普及。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明仿真平台的架构图。
图2为本发明的仿真方法的执行流程图。
图3为本发明用于送风控制系统时的仿真过程的流程框图。
具体实施方式
请阅图1所示，本发明的面向控制算法的仿真平台，包括：
被控对象模型库，保存有被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据，使用户能够对不同的被控对象进行仿真；
算法仿真模块，利用控制算法对被控对象进行仿真；其是利用I/O端口将不同的控制算法与被控对象模型进行连接与仿真，实现对控制算法的比较和调试；
被控对象选择模块，根据用户自定义的条件自动选择被控对象模型；
控制算法选择模块，根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择。
其中，
本发明所述被控对象模型是指预先利用组态软件搭建好保存在被控对象模型库的被控对象模型。用户也可以自行利用组态软件搭建新的被控对象模型，仅需根据I/O端口格式预留用于输入输出数据的I/0端口，便能将其纳入数据库，用于控制算法仿真。
本发明所述被控对象模型I/O端口分为IN输入端口和OUT输出端口，所述IN输入端口和OUT输出端口均能传输模拟量数据和传输数字量数据；其中所述IN输入端口用于将控制算法的输入纳入被控对象模型进行仿真，所述OUT输出端口用于将仿真过程数据反馈给控制算法用于闭环，同时将仿真结果反馈给用户。
本发明所述控制算法是算法仿真模块中预先编制好的控制算法，用户仅需修改相应参数即可用于仿真验证；或者是用户根据自身需要利用逻辑组态软件进行自定义算法搭建，再根据I/O端口规则将自定义算法的输入输出端口定义好，便能与被控对象模块进行连接。
通过上述模块，用户只需将不同控制算法的输入输出端与被控对象模型预留的I/O端口进行连接，即可进行仿真。
如图2所示，本发明的仿真方法包括：
步骤S1、通过算法选择模块根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择；所述被控对象模型库用于保存被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据；
步骤S2、通过被控对象选择模块根据用户自定义的条件自动到被控对象模型库中选择被控对象模型；
步骤S3、利用选择的控制算法对被控对象进行仿真，并输出仿真结果。
其中，
本发明所述控制算法选择模块可根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择，当用户只验证一种控制算法时，可以设置不变化。用户可以自定义选择条件，来对控制算法进行选择切换，以满足用户对同一种被控对象模型下不同控制算法的仿真需求。
所述被控对象选择模块可根据用户自定义的条件自动更换被控对象模型。当用户只验证一种被控对象模型时，可以设置不变化。在该模块下用户可以自定义选择条件，来对不同的被控对象模型进行切换，以满足用户同一种控制算法在不同被控对象模型下的仿真需求。
如图3所示，现以火电送风控制系统为例进一步说明本发明：
本实施例中整个系统采用两种控制算法，分别为PID控制算法及MRAC自适应控制算法；
该送风控制系统分别有两套被控对象模型，分别为一次送风模型和二次送风模型；
起步仿真的被控对象模型为一次送风模型。在被控对象选择模块中，定义当锅炉烟气含氧量低于5％时，被控对象模型由一次送风模型自动转变为二次送风模型，以加大送风量；
启动控制算法为PID控制算法。在控制算法选择模块中，定义当仿真运行时间≥X分钟时，控制算法由PID控制算法转变为MRAC自适应控制算法；
在该实施例中，用户不仅能在一次风模型和二次风模型上分别验证两种控制算法的控制情况，还能测试同一种控制算法在不同模型下的运行情况，极大提高了控制算法的仿真效率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种面向控制算法的仿真平台，其特征在于：包括：
被控对象模型库，保存有被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据；
算法仿真模块，利用控制算法对被控对象进行仿真；
被控对象选择模块，根据用户自定义的条件自动选择被控对象模型；
控制算法选择模块，根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择。
2.根据权利要求1所述的一种面向控制算法的仿真平台，其特征在于：所述被控对象模型是指预先利用组态软件搭建好并保存在被控对象模型库的被控对象模型；或者是用户利用组态软件自行搭建的被控对象模型。
3.根据权利要求1所述的一种面向控制算法的仿真平台，其特征在于：所述控制算法是算法仿真模块中预先编制好的控制算法，用户仅需修改相应参数即可用于仿真验证；或者是用户根据自身需要利用逻辑组态软件进行自定义算法搭建，再根据I/O端口规则将自定义算法的输入输出端口定义好，便能与被控对象模块进行连接。
4.根据权利要求1所述的一种面向控制算法的仿真平台，其特征在于：所述被控对象模型I/O端口分为IN输入端口和OUT输出端口，所述IN输入端口和OUT输出端口均能传输模拟量数据和传输数字量数据；其中所述IN输入端口用于将控制算法的输入纳入被控对象模型进行仿真，所述OUT输出端口用于将仿真过程数据反馈给控制算法用于闭环，同时将仿真结果反馈给用户。
5.一种面向控制算法的仿真方法，其特征在于：包括：
步骤S1、通过算法选择模块根据用户自定义的条件或是仿真过程数据对控制算法进行选择；
步骤S2、通过被控对象选择模块根据用户自定义的条件自动到被控对象模型库中选择被控对象模型；
步骤S3、利用选择的控制算法对被控对象进行仿真，并输出仿真结果。
6.根据权利要求5所述的一种面向控制算法的仿真方法，其特征在于：
所述被控对象模型库用于保存被控对象模型，且所述被控对象模型仅提供I/O端口，用于产生输入输出数据。
7.根据权利要求5所述的一种面向控制算法的仿真方法，其特征在于：
所述被控对象模型是指预先利用组态软件搭建好并保存在被控对象模型库的被控对象模型；或者是用户利用组态软件自行搭建的被控对象模型。
8.根据权利要求1所述的一种面向控制算法的仿真方法，其特征在于：所述控制算法是算法仿真模块中预先编制好的控制算法，用户仅需修改相应参数即可用于仿真验证；或者是用户根据自身需要利用逻辑组态软件进行自定义算法搭建，再根据I/O端口规则将自定义算法的输入输出端口定义好，便能与被控对象模块进行连接。
9.根据权利要求1所述的一种面向控制算法的仿真方法，其特征在于：所述被控对象模型I/O端口分为IN输入端口和OUT输出端口，所述IN输入端口和OUT输出端口均能传输模拟量数据和传输数字量数据；其中所述IN输入端口用于将控制算法的输入纳入被控对象模型进行仿真，所述OUT输出端口用于将仿真过程数据反馈给控制算法用于闭环，同时将仿真结果反馈给用户。
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