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长期以来，工业自动化教学存在着理论与应用联系不够紧密的问题，为了加深学生对建模、控制算法、控制器设计、控制系统等关键知识点的理解，研发以工业过程为背景的自动化教学实验平台显得尤为必要。本文依托辽宁省冶金综合自动化工程实验室建设项目，选取选矿生产中的浓密过程为背景，采用虚拟对象加真实控制系统的半实物仿真方式，研发了浓密过程建模与控制教学实验平台，可以使自动化专业学生在高度模拟工业现场的环境下开展建模、辨识、控制器设计等一系列教学实验，促进工业自动化学科的教学改革。
本文的研究工作包括:
(1)在对现有自动化实验教学平台的发展状况进行详细综述的基础上，以选矿生产中的浓密过程为背景，从辅助教学实验的目标出发，对本文平台的教学实验需求进行了详细分析。
(2)基于矿浆沉降原理、固液分离理论、颗粒溶质规律、柯西固体通量理论和质量守恒理论等相关理论，建立了浓密过程的机理模型，用以实现半实物仿真平台中的虚拟生产对象。
(3)设计和开发基于半实物仿真的浓密过程建模与控制教学实验平台。该平台的硬件部分由PLC(Programmable Logic Controller)、监控计算机、控制器设计计算机、虚拟对象计算机和相关网络组成，软件部分由虚拟对象功能相关模块、常规操作功能相关模块、辨识实验相关模块和控制实验相关模块组成。该平台基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)和OPC(OLE for Process Control)协议实现数据通讯，采用MATLAB实现虚拟对象数学模型和辨识算法，采用WinCC(Windows Control Center)完成整个平台的人机交互界面(Human Machine Interface，HMI)开发，采用STEP7完成PLC控制程序。
(4)开展了仿真平台的实验验证，运用递推最小二乘算法完成辨识实验验证，运用常规PID(Proportion-Integral-Derivative)和串级控制完成控制实验验证，充分发挥平台特性，提供了关于辨识和控制实验的算法切换、性能评价、快速仿真、时间尺度比例变换、HMI等相关实验操作模块，增强教学实验平台的实用性和高效性，对自动化课程教学实验改革起到一定的推动作用。
本文的研究工作包括:
(1)在对现有自动化实验教学平台的发展状况进行详细综述的基础上，以选矿生产中的浓密过程为背景，从辅助教学实验的目标出发，对本文平台的教学实验需求进行了详细分析。
(2)基于矿浆沉降原理、固液分离理论、颗粒溶质规律、柯西固体通量理论和质量守恒理论等相关理论，建立了浓密过程的机理模型，用以实现半实物仿真平台中的虚拟生产对象。
(3)设计和开发基于半实物仿真的浓密过程建模与控制教学实验平台。该平台的硬件部分由PLC(Programmable Logic Controller)、监控计算机、控制器设计计算机、虚拟对象计算机和相关网络组成，软件部分由虚拟对象功能相关模块、常规操作功能相关模块、辨识实验相关模块和控制实验相关模块组成。该平台基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)和OPC(OLE for Process Control)协议实现数据通讯，采用MATLAB实现虚拟对象数学模型和辨识算法，采用WinCC(Windows Control Center)完成整个平台的人机交互界面(Human Machine Interface，HMI)开发，采用STEP7完成PLC控制程序。
(4)开展了仿真平台的实验验证，运用递推最小二乘算法完成辨识实验验证，运用常规PID(Proportion-Integral-Derivative)和串级控制完成控制实验验证，充分发挥平台特性，提供了关于辨识和控制实验的算法切换、性能评价、快速仿真、时间尺度比例变换、HMI等相关实验操作模块，增强教学实验平台的实用性和高效性，对自动化课程教学实验改革起到一定的推动作用。