5、论文的理论依据、研究方法、研究内容。

目前，PLC的应用十分广泛，涉及到过程控制的方方面面。

但在控制策略上，它依然沿用传统的PID控制。许多PLC开发

商把PID算法做成模块，固化在PLC中。

但从长远角度看，对于一些复杂的控制系统，PID很难满足控

制要求，这就需要把先进的控制算法嵌入到PLC的设计中。

本课题以此为主要研究内容。

工业过程的复杂性以及对于控制日益提高的要求，各种先进

控制算法越来越多地深入到控制领域，但由于PLC的编程目

前还限于低级语言(如梯形图)，所以，给在PLC上实现先进

控制算法带来了困难。SIEMENS在PLC的编程系统STEP7中

提供了比较丰富的功能模块，因此，本课题首先是通过对控

制算法的研究与改进和对STEP?功能的开发，使先进控制

策略在S7-300 PLC上得以较好的实现。本论文重点研究基

于PLC的模糊控制器的实现，这一领域目前研究的比较多，

因此在总结前人研究方法的基础上，设计出一个基于PLC

的通用的模糊控制器，并使其固化在STEP7软件中。此外，

对于PLC预测控制虽已有一些研究，但都仅限于理论方面，

尚未给出PLC上实现的实例。本课题也想在此方面有所创

新，开发出基于PLC的预测控制实现技术。

本论文第一章简要介绍了课题的来源背景、主要内容、目

的意义以及国外相关工作的研究状况等。

第二章介绍了SIMATIC S7-300 PLC的主要特点，系统组成及

控制系统的配置与实现，同时介绍了STEP?软件的功能及结

构，组态环境，以及一些基本算法的实现方法。

第三章重点阐述了模糊控制的基本理论、模糊控制算法、

模糊控制器的结构及设计方法。提出了基于PLC的模糊控

制器的实现方法，即采用MATLAB离线设计，PLC在线

查询的方式。给出了STEP?实现模糊算法的流程图及部分程序。

最后建立一个过程仿真系统，对PLC模糊控制器进行仿真验证。

第四章介绍了预测控制的基本理论，重点阐述了广义预测

控制算法，并结合PLC的特点，提出了基于PLC的单值广

义预测控制器的设计方法，给出了STEP7实现单值广义预

测算法的步骤与流程图。最后建立一个二阶大滞后的对象

模型，构成仿真控制系统，与PID控制进行比较分析，验

证PLC预测控制器的有效性。

第五章是作者在研究生期间参加的某空调性能检测实验室

基于PLC实现的计算机控制系统，从系统控制方案的设计、

系统配置和硬件构成、监控系统的设计等几个方面分别进

行了详细的论述。

第六章结论与体会，总结自己在课题研究和项目研究的过

程中的一些体会和心得，分析了工作中的不足，提出了以

后工作的注意事项，改进方法。

6、研究条件和可能存在的问题。

I.尽快建立样板工程，把己经取得的研究成果应用到工程实

际过程中，通过实践检验，发现问题以便不断改进和提高。

2. PLC预测控制器目前只应用了简单的单值广义预测算法，

有其自身的局限性，如控制精度不高。目前，应用较为成

熟的是MPC算法，因此可以把PLC-MPC控制器作为今后

研究的一个重点。

3.对于PLC模糊控制器的改进，主要是在算法上，为了提高

控制效果，单纯的模糊算法是不足的，改进型模糊算法如

模糊PID可以改善控制器性能，因此可以开发PLC模糊PID控制器。

4.进一步挖掘STEP?软件的功能，开发过程对象仿真模块，

给出基于PLC建立仿真系统的方法和步骤，为工业实阮应用

缩短调试时间，保证系统的可靠性。

7、预期的结果。

1.通过对先进控制各种算法的分析比较，对先进控制理论有

了进一步认识，从中学到了不少解决问题的方法，理解了传

统控制方法与先进控制方法的区别。

2.基于PLC实现先进控制与基于PC实现先进控制相比较，最

重要的一个优势在于PLC实现先进控制不需要通讯协议，而

基于PC实现先进控制，在系统设计和运行之前必须正确的

配置PC与PLC之间的通讯协议，因此可以降低系统得开发时

间。其次，在系统运行时，在下位机上完成先进控制算法比

在上位机完成更具有实时性。在可靠性方面，由于基于PC

实现先进控制，现场的数据和信号要经过通讯传给上位机，

这难免会出现数据的丢失和信号的误差，从而使系统的控制

精度下降，而基于PLC实现先进控制避免了这类现象的发生。

3.西门子57-300 PLC功能强、处理速度快、模块化结构易

于扩展，被广泛的应用于自动化控制系统中;其相应开发软件

STEP7采用模块化编程方法，提供多种编程语言，丰富的功

能模块，能实现较为复杂的功能和算法。因此二者结合 起来

，为先进控制的设计与开发提供了很好的软硬件平台。

4. PLC模糊控制器采用MTALAB离线设计和PLC在线查表的方法

，把复杂的模糊推理过程交给计算机离线完成，得到模糊控制

量查询表供PLC在线调用。此方法将复杂琐碎的模糊控制系统的

开发工作变得简单明了，大大缩短了开发周期，同时也提高的

PLC控制的实时性，是目前被广泛采用且效果良好的PLC模糊

控制器的设计方法。

5. PLC单值广义预测控制器采用简单实用的单值广义预测控制

算法，它需要调整参数少、在线计算时间短，可适用于PLC类

控制采样周期较短的快速动态过程系统。仿真结果表明：PLC

单值广义预测控制器保持了预测控制的性能，控制效果较PID

控制有很大改善，同时具有计算量小，响应迅速的优点。

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