如何实现常规过程控制系统仿真

对于智能操纵算法在实际操作中有一些麻烦，比如硬件成本高、软件编程实现困难等等，引入MATLAB设计智能操作算法，利用MCGS监控算法及控制过程，将MATLAB的多种算法与MCGS良好的人机接口进行融合，有力的改善了智能操纵算法操作难的问题，提高了系统的监控质量。大量实际操作研究显示，该算法操作便捷，操作性能稳固，降低了成本，减少了开发所需要的时间，在进行操纵过程中方便实行，具备较好的实用价值。

【关键词】MATLAB MCGS 仿真 动态数据交换

本篇文章使用MCGS组态监控软件系统来操控薄膜厚度，实时收集数据信息，设置硬件的接入点，使人们和机器能直接对话，并且用可动画面的形式来表现操控系统的实时情况。这个时候，把MATLAB作为在后台运转的平台，达到以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）以及进行弯曲线路创作的功效。使用者使用DDE软件进行双方的信息交换，感受不同角度、不同层次、不同范围观看仿真流程的可观看的人员和机器的交流过程。

1 薄膜厚度操作体系的组成部分

1.1 MATLAB中的PID控制器设计

薄膜厚度控制系统是由现场设备和上位机这两个设备组成的：现场设备中的可编程逻辑控制器对薄膜厚度施行收集，并且对控制数量进行输出，同时对加热控纽的功率进行改变来实现对薄膜厚度的掌控，再将厚度检测仪器检测到的薄膜厚度反馈到上位机器操控体系；上位机器的操控体系是以MCGS为基础进行设计的，有着强大的功能，例如对硬件接入点进行设计，对信息进行动态搜集，实机人员和机器的交流，对信息数据进行登记等，能够模仿操控体系实时的运行状态，把所有变化数据的信息实时地展现出来。为了达到以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）以及曲线制作的功效，在后台运转的信息操作模块以MATLAB为开发平台。使用Dynamic data exchange通信协议，把MCGS里需要进行测算的信息转送至MATLAB中，由MATLAB对这些数据进行处置，然后将最后的处置结果发送回MCGS，这样，可以提升MCGS操控PLC的本领。

1.2 MCGS组态软件的设计

MCGS软件研究出搜集相关数据信息，对这些数据信息进行处置并且对这个过程进行操控的相关计划和工具，通过这些工具，能够为使用者提供相关动画展示和报表等内容，使用者通过使用这些工具可以完成相关的工程操作。

在MCGS组态软件操控的窗口中，依据使用需要对“系统管理”、主要用户界面、“系统设置”等功能进行了处理，点击不同的菜单就能够进入到对应的操控页面。MCGS系统窗口能够维系及驱动外部装置，同时，可以在这里面加入外部硬件工具和模拟工具如PLC。在对通道进行策划时，可以把A /D、D /A通道和动态信息库中的信息对象对应结合起来。在使用者窗口模式中，设置了主要页面、厚度自行调整页面、体系配置页面等操控页面。

以上的页面，都是在MCGS的使用者小窗中使用相关的测绘模具对监控平台体系进行设计。MCGS可观看图像的功能能够便捷地构造要策划的所有页面，再将动画相关联，就是构造页面画面对象和动态信息库的信息变量之间的联系。在这个窗口中需要设置一些数值可变的量，主要用于信息搜集、操作、输出操控、动画连合和装备驱动，这些可变的信息量是组成动态信息库的主要组成部分。

1.3 MATLAB和MCGS的DDE连接

MCGS提供了一个和另外一个应用程序实施信息互换的方式，这就是动态数据交换（Dynamic data exchange），所以，MATLAB也接受动态数据交换（Dynamic data exchange）通信协议。薄膜厚度仿真操控体系当中，把MCGS当作SERVER程序，把MATLAB当作CLIENT程序，经由动态数据交换协议把MCGS里设置的薄

膜厚度设计数值输送到MATLAB，由以Back Propagation多层前馈网络为基础的比例-积分-微分控制器运算得出最佳比例-积分-微分控制器参数，然后把参数发送给MCGS，从而实现比例-积分-微分控制器参数能够自行整定。

1.4 如何在MCGS中设置DDE

在MCGS和MATLAB中构造一个动态数据交换（Dynamic data exchange），必须在MCGS的“动态信息库”的小窗里构造可改变的量，然后点组态平台里的“工具”按纽，再选择动态数据交换（Dynamic data exchange）连接管理，打开后，将里面的通信的厚度设置数据改成动态数据交换（Dynamic data exchange）输出就可以了。

2 仿真控制效果

为了将以Back Propagation多层前馈网络为基础的比例-积分-微分控制器和原来的比例-积分-微分控制器的功能进行比较，使用这两个系统来实行仿真操控，并且在第三百个采集样本时间加入外加干扰d（k）=2，用来计算抵抗干扰的水平。PID相关参数的数值设定为不变的：kp=0.4，ki=0.03，kd=0.2。以Back Propagation多层前馈网络为基础的PID操控器选择Back Propagation多层前馈网络构造是4-5-3，学习效率以及惯性数值设置为：Z=0.002，T=0.0008。在MCGS的薄膜厚度自行设置页面里把薄膜厚度设置为二十二μm，按下“测算PID参数”这一项，MATLAB经由动态数据交换（Dynamic data exchange）系统在MCGS里选中薄膜厚度信息，在运行系统中用以上两个控制系统实行仿真操控，原来的比例-积分-微分控制器数据量为百分之四十，回应时间是一百五十秒，并且受到的干扰比较大。使用以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）基本没有超调，采用基于BP神经网络的PID控制器几乎没有超调，回应时间是一百秒，受到的干扰比较小。运算结束后，MATLAB将以Back Propagation多层前馈网络为基础整定比例-积分-微分控制器（PID）整定得到的PID参数发送给MCGS。通过这样的仿真实验显示，以Back Propagation多层前馈网络为基础的比例-积分-微分控制器的优点为超调数量比较小、回应时间短、适应性比较强等等，把其使用在MCGS组态系统中能够增强双向拉缩薄膜厚度操控系统的性能。

3 结语

笔者引入MATLAB设计智能操作算法，利用MCGS监控算法及控制过程，系统无需增加硬件，算法实现简单，是智能控制算法工程实现的有益尝试，具有较大的应用价值。

参考文献

[1]谭元飞，王再英.基于OPC的以MATLAB为计算平台的工业监控系统设计[J].自动化与仪器仪表，2011，（4）：54-59.

作者单位

盐城工学院机械工程学院 江苏省盐城市 224051