关键词：汽轮机控制系统；建模方法；仿真技术
中国分类号：TP273
汽轮机控制系统从直接控制系统到间接调节系统，由模拟式电液控制系统发展到数字式电液控制系统，再到集散控制系统以及现场总线控制系统，技术发展越来越成熟的同时，控制系统也越来越受到人们的重视。仿真技术的飞速发展及计算机控制技术的广泛应用，极大地促进了汽轮机控制系统的仿真研究。本文将对汽轮机控制系统仿真的意义、发展历程、方法等方面进行探讨。
1汽轮机控制系统仿真的意义
首先，可以确保研究人员和机组运行的安全。研究人员只有在仿真平台上对控制方案进行研究，才能避免危险性，同时也保证了设备的正常运行。其次，为研究更好的控制方案提供了平台。通过建立数学模型，对不同的控制算法的进行仿真研究，找出合适的算法和先进的控制策略，优化控制系统的设计，改善系统控制性能。最后，为控制参数的优化整定提供了条件。通过利用控制系统仿真参数的监测，寻找系统最优控制参数，提高系统的调节品质。
2汽轮机控制系统仿真发展
汽轮机控制系统是汽轮机重要的组成部分。根据我国汽轮机控制系统的发展历程以及对其系统建模与仿真研究出现的先后，可以分为以下几个阶段：
（1）物理仿真，即采用物理模拟的方法模拟汽轮机发电机组和调节装置。但是采用物理仿真的方法来模拟中间再热汽轮机，模拟部件做得都非常繁复，对于模拟汽轮机发电机组并网运用以及改变参数都比较困难[1]。
（2）模拟计算机仿真。20世纪60年代，随着计算机的问世，利用电子模拟计算机来研究和解决汽轮机自动调节系统中存在的问题，成为一种趋势。文献[1]针对上海汽轮机厂生产的AK-25型汽轮机负荷扰动、哈尔滨汽轮机厂20万瓦汽轮机调节系统参数整定以及动态模拟试验等问题，采用电子模拟计算机基本解决了上述问题，并取得了良好的效果。
（3）数模混合仿真。在计算机技术水平还比较低下时，为了尽量缩短机组的启动调整时间，快速投入运行，世界各国汽轮机制造业都建立了试验基地，对汽轮机调节系统动态模拟试验进行研究。文献[2]概述了试验基地的主要内容，其中通过数模混合仿真计算求得调节系统的动态特性，虽不能完全反映调节系统的实际情况，但也有助于调节系统的现场调整。
（4）数字计算机仿真。20世纪80年代，随着计算机技术不断发展，汽轮机数字电液控制系统成为了电厂使用的主流，而仿真技术的发展也逐渐趋于成熟。我国第一台火电站全仿真机于1982年从美国引进。同年，我国自主研发的大型火电机组仿真系统也成功问世。文献[3]介绍了基于STAR-90仿真系统对300MW数字式电液调节进行仿真研究。结果表明利用STAR-90仿真建模技术，可以很方便地实现系统的建模、仿真、修改及调试工作。数字计算机仿真具有划时代的的意义，它使得汽轮机控制系统的研究呈现多元化、多样化。
3汽轮机控制系统仿真方法
汽轮机控制系统仿真的基本任务是建立模型，编制仿真程序，进行模型的调试和控制参数的整定。汽轮机控制系统建模与仿真方法主要有：
3.1机理分析法
汽轮机控制系统最常用的数学建模方法是机理分析方法。采用机理建模必须要对实际系统进行深入地分析，提取本质因素，忽略不确定影响因素，并在一定假设或简化条件下得出的，所以机理分析模型的精度不是很高。但是其定性结论却比较合理，对于太过复杂的系统采用机理建模就很难奏效。因此，机理分析方法应用于中小型的汽轮机控制系统的模型建立。
3.2系统辨识法
系统辨识法常应用于大型复杂的汽轮机非线性控制系统，用来验证近似得到的控制系统数学模型的参数。机理分析法确定模型的结构形式，系统辨识法确定模型中的参数值，两者结合适用于机理明确而参数未知的系统。近年来，基于智能技术如遗传算法、神经网络等的建模仿真方法发展十分迅速，并在具有不确定性、非线性等特性的系统建模方面，得到了广泛应用。其中遗传算法常应用于汽轮机非线性调节系统参数辨识的研究或汽轮机PID调节器参数的优化整定。文献[4]介绍了遗传算法应用于参数辨识的基本思想，对汽轮机非线性调节系统的进行参数辨识。结果表明采用遗传算法可准确地辨识系统中死区、限幅等非线性发生部位和参数，辨识结果准确可靠。
3.3图形化建模
对于控制系统仿真使用图形化建模，其实是提供一个自动建模平台。例如MATLAB、LabVIEW、BLINK等仿真支撑软件里都封装有很多的功能模块。在进行系统建模时，只要把封装的模块找出，采用模块搭接的方式实现系统建模，这样使建模人员集中精力于控制回路组态、控制参数优化、仿真系统调试等基本内容，而省去编程的烦恼[5]。文献[6-8]分别是基于MATLAB、LabVIEW、BLINK软件对汽轮机控制系统进行的建模仿真。仿真表明：仿真支撑软件对高效建立控制系统的仿真模型具有良好的效果。
4展望
随着集散控制系统的普及，基于Web分布交互式仿真成为研究热点。分布交互仿真的分布性和交互性特点可使处在不同地理位置的各个部门利用网络连接起来，实现资源共享，达到节省人力、物力、财力的目的。同时，虚拟仿真技术将成为仿真技术发展的一个趋势。虚拟仿真技术是仿真技术与虚拟现实技术相结合的产物，是一种更高级的仿真技术。在测控领域中，采用先进高等控制策略在汽轮机控制系统中尝试，而这样的尝试在实际的汽轮机上是无法进行的，只有在汽轮机控制系统的虚拟现实仿真环境中进行反复试验，通过对不同控制算法的仿真与比较，选择最优控制，大大节约了时间和经费，避免了危险性。
5结束语
随着我国电力工业的迅速发展和我国多年来从事的控制系统研究，汽轮机控制系统日益引起电厂的认识和重视。通过对汽轮机控制系统建模与仿真技术及应用情况的了解和认识，提出控制系统仿真技术的发展方向：基于Web分布交互式仿真成为当下的研究热点。在不久的将来，虚拟仿真技术将会成在汽轮机控制系统仿真中发挥重要的作用。
参考文献：
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作者简介：韩芹（1982-），女，湖南永州人，实验教师，助教，硕士，研究方向：计算机智能控制。
关键词：系统仿真；自适应动态寻优；飘移；实用
中图分类号：TP273+.23文献标识码：A
文章编号：1004373X(2009)0207603
ResearchonSelf－adaptiveDynamicOptimizingControlSystemSimulation
LIGuoqiang1,ZHAOWeili2,JIAXiaojun1,LIUWenjiang3
(1.WeinanNormalCollege,Weinan,714000,China;2.WinanTechnologyCollege,Weinan,714000,China;
3.Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an,710049,China)
Abstract：Inthispaper,asimulatingresearchforself－adaptivedynamicoptimizingsystemispresentedtosolveaneverevadingprobleminpracticalindustrialprocessbyusingthepreviousmethod.Theproblemisthataccurateidentificationoftheparametersoflinearpartintheextremumvaluecontrolplantistoodifficult.Simulatingresearchfortheextremumvaluecontrolsystemwiththedriftoftheparametersisnewandcreativeinthispaper.Theresultofsimulationindicatesthatthenewmethodinthispaperonlyneedsmuchlessaprioriinformationconcerningthecontrolledplant,onlyknowingitenoughtheorderoflinearpartofthecontrolledplant.Thisnewmethodcanautomaticallyidentifytheparametersofcontrolplant,andautomaticallyadapttothedriftoftheparameters.Therefore,identificationoftheparametersoflinearpartintheextremumvaluecontrolplantisnotneedatall,thenewmethodcanautomaticallyadapttodriftoftheparameters.Acontinuousandstableoperationofthesystemcanbeensuredbyusingthemethod.Itisalsoexpectedthatthismethodplaysanimportantroleinthedesirableindustrialprocesscontrol.
Keywords：systemsimulation;self－adaptivedynamicoptimzing;drift;practicability
对于极值调节控制对象，文献［1］提出一种自适应动态寻优方法，它成功地解决了使用传统的动态寻优方法在实际工业生产过程中无法回避的一个难题，即保证极值调节控制系统运行的连续性和稳定性问题。因为若用传统的动态寻优方法，当极值调节控制对象的参数飘移后控制系统就不能正确地进行动态寻优，就必须把控制系统停下来重新辨识极值调节控制对象的参数，再重新整定控制系统的参数［2－4］。而自适应动态寻优方法最突出的优点就是在动态寻优的过程中不仅能够自动辨识控制对象的参数，而且还能够自动适应参数的飘移，因此有效地保证了控制系统运行的连续性与稳定性。而且这种自适应动态寻优方法对极值调节控制对象的先验知识要求非常少，只要知道控制对象的阶数就能始终正确地进行动态寻优。其主要思想如下所述。
1自适应动态寻优方法简要回顾
寻优系统采用步进式调节器，步进周期T0是固定的。极值调节对象可以分解为非线性环节与线性环节的串联，如图1所示。
设极值调节对象线性部分的传递函数为：
G(s)=1(T1S+1)(T2S+1)…(TNS+1)(1)
式中，T1＞T2＞T3…＞TN＞0。
图1极值调节系统框图
单位阶跃响应为［5－6］：
(t)=A0+∑Ni=1Aie－t/Ti
式中，A0=G(s)|s=0=1；
Ai=(s+1/Ti)・（1/s）G(s)|s=－1/Ti时间以T0整量化后有：
()=1+∑Ni=1Aie－αi(2)
式中，αi=T0/Ti；=t/T0；T0为步进周期。
设系统的输出如图2所示，把每个步进周期分成相等的2N等份，在每个分划点进行采样并取2N+1个采样值，预估比较点在试探步后的第一个采样点上进行。
图2中：如果在t=n－1不加试探阶跃信号时，Δ2N+1系统输出的预估差值；在t=n－1加试探阶跃信号时，ΔZ2N+1系统输出的实际差值；在比较点上Δ2N+1是系统输出的实际差值与预估差值的比较差值即：
Δ2N+1=ΔZ2N+1－Δ2N+1（3）
由文献［1］知：
Δ2N+1=ΔZ1ΔZ2…ΔZN+1
ΔZ2ΔZ3…ΔZN+2
…………
ΔZN+1ΔZN+2…ΔZ2N+1/
ΔZ1ΔZ2…ΔZN
ΔZ2ΔZ3…ΔZN+1
…………
ΔZNΔZN+1…ΔZ2N－1（4）
根据式（3）可知极值调节控制对象的输出采样值ΔZ1,ΔZ2,…，ΔZ2N+1来判断步进增量方向，步进方向的逻辑判别式为：
sgn［Δxn］=sgn［Δ2N+1Δx(n－1)］（5）
式中，sgn［Δxn］指的是Δx的符号。由式（4），（5）可以看出，步进方向的逻辑判别式与控制对象的惯性时间常数T1，T2，…，TN无关。因此这些参数随时间的缓慢变化并不能影响步进方向的逻辑判别式，换言之，式（4）与式（5）能自己适应对象参数的变化，因而称作自适应为动态寻优算法。以这种算法为核心设计的极值调节控制系统，不仅能自动识别参数，还能自动适应这些参数的变化。因此只要知道极值调节控制对象线性部分的阶数就能正确地进行动态寻优，在寻优的过程中，无论控制对象线性部分的参数变化与否都不会对寻优结果的正确性有任何影响。仿真研究的结果充分证明了这一点。
图2自适应动态寻优算法示意图
2仿真研究
对于非线性极值特性，有：
y(x)=0.4x(10－x)（6）
极值特性未飘移时，最初的极值点为（5，10），极值调节器由式（4）和式（5）实现。仿真程序框图如图4所示。
程序框图说明：初始化的主要任务是设置变量初值，输入各种参数；N阶惯性环节用四阶龙格库塔法实现；根据自适应动态寻优算法的要求，把每一步进周期分成2N等份，采样周期Δt=T0/2N，L=2N+1计算Δ2N+1，并判断步进增量方向，为下次送步进阶跃做好准备。L=2N时根据上次Δ2N+1以及Δx(n－1)的符号送第n步的步进阶跃。
图3极值调节控制系统仿真方框图
3仿真结果
在实际工业生产过程中，由于要准确地辨识控制对象的参数极其困难，因此采用自适应动态寻优方法就不需要辨识控制对象的参数，而且还能自动地适应参数的飘移。只要知道控制对象线性部分的阶数就能正确地进行动态寻优。同时，受扰动的影响极值特性会缓慢的飘移，最优工作点也会随之飘移，因此控制系统的任务就是在动态过程中不断地搜寻最优工作点。所以仿真的目的就在于检验控制系统能否很好地完成上述工作任务。
（1）对一具有二阶惯性环节的极值调节控制对象进行动态寻优，其线性部分的传递函数为：
G(s)=1/\,T1=100s,T2=40s,极值调节器参数为：步长ΔX=2，步进周期T0=40s,采样周期Δt=10s,在动态寻优的过程中突然把惯性环节的时间常数T1=100s,T2=40s,改变为T1=50s,T2=20s，图5显示了整个动态寻优过程，从图中可以看出：控制对象时间常数的改变对动态寻优的正确性没有任何影响。
图4仿真程序框图
图5动态寻优过程1
（2）控制对象的参数以及调节器的参数与（1）相同，对极值调节器跟踪极值特性飘移的能力进行了仿真研究，图6显示了整个动态寻优过程，从图中可以看出：采用自适应动态寻优方法的极值调节器能够很好地跟踪极值特性的飘移。
4结语
仿真结果表明，采用自适应动态寻优方法的极值调节控制系统成功地解决了极值调节控制系统运行的连
图6动态寻优过程2
续性与稳定性问题，这也是传统的动态寻优方法多年来无法克服也无法回避的难题，而且这种动态寻优方法对控制对象的先验知识要求非常少，只需要知道其线性部分的阶数就足够了。因此采用自适应动态寻优方法的极值调节控制系统将会在实际工业生产过程中发挥强大的控制功能。
参考文献
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关键词：电子稳定系统；四自由度模型；横摆角速度；质心侧偏角
在车辆中增加车身稳定控制系统，可提升行车的安全稳定性。ESP系统能防止汽车操纵失控，主要是根据路面状态以及汽车运动的状态来进行判断，从而控制车辆的行驶安全。ESP系统目的是保持车辆稳定，一旦发生紧急情况，能有效确保车辆的安全。为验证ESP技术作为车辆的某个特征变化效率，在需要测试的车辆上，安装ESP系统。一般是在汽车负载条件不同的情况下，使安装了电子稳定控制系统的智能汽车模型在稳定的范围内变化，并能够根据控制器增益及汽车模型的变化而变化。本文主要讨论宽度裂分的中心和重力高度两个方面，同时比较安装了ESP和没有安装ESP的车辆在安全行驶方面的效果。
1汽车仿真
在MATLAB仿真下[1-3],主要利用平摇动力和滚动动力进行4自由度模型进行仿真。纵摇动力能够忽略不计的原因是纵向加速度比较小。1.1汽车ESP系统的结构。为得到ESP控制系统，需要具备牵引力控制、电子制动力分配、电子制动防抱死制动系统以及有效控制车身稳定的系统和设备。电子控制单元ECU、传感器和执行器是具有ESP系统的汽车必须具备的组成部分。电机、回程泵、储能器、进出口阀、隔离阀和后启动阀是液压调节器总成的主要组成部分。ESP系统结构图[4]如图1所示。ECU的执行者为液压调节器，控制车身稳定的策略由ECU下达，各方面的性能也是由ECU调节的，在达到最迅速的制动情况下，保证安全。液压控制单元的4个通道彼此独立，一个通道发生故障，并不会影响制动效果。ECU需要动作时，液压调节器总成在调节液压力的推动下来控制每个车轮的车速，协调完成车身稳定。1.2汽车ESP系统的工作原理。ABS、ESD和TCS等所具有的功能，汽车车身稳定控制系统都有，为提升车身的稳定性能，还添加了各种传感器，能够自动维持稳定和平衡，因此在ESP系统控制下的，汽车行驶安全得到提高，而相应的交通事故发生概率变小[5]。在ESP系统控制下，车辆的实时状态能够被准确地监测，ECU通过接收横向偏摆率传感器、方向盘转角传感器和前后轮速度传感器采集的信号，并分析这些信号，比较与预先存储的参考信号之间的差别，通过对不同环境下车身的偏离情况进行判断，将调整好的策略传递给液压调节器。要实现对车轮的控制，还需要液压调节器调节液压力，为保证车身不侧翻而使车辆立即停止。在比较紧急的情况下，为降低人为失误，装置了ESP系统的汽车能够自动反应。ESP系统具有实时监控和具有主动干预的功能，通过判断当前汽车的实时状态，一旦汽车出现危险，系统会及时做出制动策略，使得汽车安全停止。ESP系统主要通过控制汽车的制动力和驱动力，调节车身的平衡，维持稳定。具有事先提醒的功能：面对行车过程中的突发危险，若不是特别紧急，ESP系统能够事先发出警报，提醒车主。车主在收到警报信息后，立刻减速，调整汽车的稳定性，预防事故的发生。1.3在ADAMS/Car中建立汽车整车模型。利用ADAMS/Car模块[6-7]建立国产型商用车的整车模型，其中每一个子系统模型都需要建立。车架和车轮之间所出现的传力连接装置就是悬挂系统，主要是通过传递两者之间的力，使得因路面不平给车身带来的冲击力得到缓解。想要保持或改变汽车行驶方向的装置，就需要转向系统根据驾驶员的想法来控制汽车如何行驶。制动系统是能够对汽车进行一定程度的强制制动的装置，通过路面对车轮施加一定的力，可以使行驶的车辆有效地进行减速或停车，也可以使静止的车辆平衡地停在不同路面状况下。通过发动机对外输出动力，它作为汽车的能量转换机构。1.4汽车ESP控制系统分析。根据汽车数学模型能够得到理想值，而汽车中的传感器能收集到实际行驶值，通过比较，ESP系统能够判断出汽车的行驶状态，一旦出现不稳定的状况，能及时控制汽车行驶轨迹。横摆角速度和质心侧偏角的实际值与理想值之间，会因为侧向力的实际值与理想值出现偏差而存在偏差，如果偏差值在允许范围内，汽车行驶可近似看作为稳定的；一旦超过允许范围，应及时采取措施，以控制汽车的行驶。汽车是否处于理想轨迹，ESP系统是通过横摆角速度参数来进行判断的，而汽车行驶状态是否处于稳定，ESP系统是通过质心侧偏角参数来进行判断的。汽车行驶过程中可能会出现转向不足或转向过度的情况。如果汽车转向不足，通过ESP系统来下达控制命令，在弯道内侧，对后轮施加瞬时制动力的目的是为了降低汽车车轮的侧向力，并使得纵向制动力增大，根据横摆力矩方向的一致性使汽车从转向不足到转向中性进行变化，从而使汽车稳定行驶。如果汽车过度转向，通过ESP系统来下达控制命令，在弯道外侧，对车轮施加瞬时制动力的目的是使行驶速度及车轮的侧向力降低，通过反向的横摆力矩来使汽车稳定行驶。1.5ESP仿真模块的建立。作为4自由度的系统，通过4个独立变量来确定系统状态。其中横摆角速度和质心侧偏角是汽车车辆稳定性的最重要的参数，故作为变量。汽车的理想横摆角速度和理想质心侧偏角，是根据汽车4自由度数学模型的运动方程来进行计算。在ADAMS/Car模块中，建立车辆的整车模型，车辆整车模型如图2所示。根据整车模型得到实际的横摆角速度和质心侧偏角。控制系统的输入是通过对实际值和理想值作比较而得到的偏差值。如果以前轮转角作为输入，则可认为汽车的车厢只作平行于地面的平面运动，认为侧向力与其相应的侧偏角成线性关系，对汽车的运动方程进行拉普拉斯变换，建立车辆的数学模型。ESP仿真模块的建立主要分为以下五个步骤：1）将建立的国产商用车子系统模型和整车模型导入到ADAMS环境中，并加载ADAMS/Controls模块。2）确定输入变量和输出变量。3）导出整车模型。ADAMS/Controls保存输入信息和输出信息在carmodel.m文件中，生成在命令文件和carmodel.adm数据文件。4）将文件导入到MATLAB指定的工作目录下，在MATLAB软件中调取ADAMS/Car子系统模型文件。在命令窗口下输入carmodel文件名，MATLAB会自动读取ADAMS所设置的输入与输出变量。在MATLAB软件系统中会显示ADAMS软件所定义的所有输入变量和输出变量。5）建立控制系统模型。仿真控制系统模型如图3所示。设置好仿真参数之后，在MATLAB中调用仿真控制系统模型，并联合adams_sys控制模块对该型商用车整体模型进行仿真。
2结论
ESP系统在汽车行驶稳定性上具有至关重要的作用，带有ESP系统的汽车，特别是在人为失误情况下，出现转向过度或转向不足时，更能有效体现它的价值，能降低汽车甩尾或侧滑的概率，从而使汽车的行驶安全及行驶的稳定得到充分的保证。通过虚拟仿真，没有ESP系统控制的汽车，一旦出现汽车行驶不稳定情况时，难以及时得到改善；而含有ESP系统控制的汽车能够近似认为在理想轨迹下行驶，保证汽车行驶稳定的同时保证安全。
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关键词：《控制系统仿真》课程内容体系与教学方式改革实践教学环节改革
1.引言
仿真技术已经是当下工程师们必须掌握的基本技能之一。《控制系统仿真》是一门讲授仿真的基本原理、算法和计算机实现的课程，是工业电气自动化、自动控制、过程控制和机电工程等专业课程体系中一门重要的专业课，是沟通现实与理论必不可少的桥梁。该课程作为一门联系自动控制理论/系统/设计、课程设计和毕业设计等教学环节的仿真基础类课程，以《计算机基础》、《Matlab语言及应用》、《自动控制原理》等课程为前期先修课程，也作为同期或后续课程如《电力拖动与自控系统》、《运动控制系统》、《计算机控制技术》、《现代控制理论》的工具课程，其目的是指导学生掌握解决控制系统分析与设计的一种有效的计算机辅助设计手段，提高学生的实践能力和综合解决问题的能力[1]、[2]。为了在有限的学时内使学生尽快掌握该知识，并且在理论分析与实践仿真两个方面的能力都有所提高。我们对其课程内容体系与教学方式进行了一些探索研究与实践。
2.课程内容体系与教学方式改革
该课程的具体内容包括仿真的基本方法与原理，建模，数值计算，优化问题求解方法，Matlab与Simulink基础。在该课程的授课过程中对原理性的内容逐步进行分析讲解，并且利用仿真工具演示加深学生对知识的理解。
2.1课程重点内容归纳
授课时的重点内容归结如下：该课程开设的必要性、意义，以及其基本概念控制系统建模的基本方式方法数值计算方法及仿真计算Matlab基本使用技术及程序设计和Simulink基础控制系统设计仿真及其优化工程举例等。该课程实际安排课时为32课时，其中理论知识的讲授课时安排为24学时，上机实践课时安排为8学时。围绕该重点内容通过对相关知识的讲解与实践，使学生初步具备建模、设计、仿真这一过程。
2.2理论知识授课部分的改革
理论知识讲授的部分主要讲解该课程的背景、应用及其发展趋势，控制系统的实验方法，控制系统建模的基本方法及其实例，常微分方程和差分方程基本的数值积分求解方法，Matlab与Simulink基础及其作为工具在控制系统仿真过程中的使用和控制系统仿真的具体实现。
该部分知识主要使学生对控制系统仿真这门课程有一定的感性认识，配合实践课时使其能够对控制系统的建模、设计、仿真这一系列过程有一定的理性认识。该部分知识主要以仿真方法及其如何使用仿真工具来实现为重点难点进行详细讲解。
其中，仿真工具部分的课时安排占了一定的比重，为实践教学环节作了必要的铺垫[3]。主要是讲述Matlab的基本运行环境，及其Simulink模块的基本操作，使学生具备实现控制系统仿真的能力。该部分教学内容安排如下：Matlab的基本操作与使用、矩阵运算与操作、二维三维图形绘制、控制工具箱等；基于Matlab的各种模型的实现、转换、串并联及反馈的构建；利用Matlab编程方式实现多项式的处理，便于控制系统模型的建立和描述，实现基于数值积分方法的微分方程求解仿真，实现数据分析等功能；还有实现基于离散相似法的仿真，以及实现基于Simulink的控制系统的模型的构造，数值仿真和系统分析，等等。
通过对该课程内容的归纳，围绕重点难点知识合理安排各部分的授课课时，理论联系实际，列举实际案例帮助学生更好地理解理论知识和掌握仿真工具的使用。
2.3教学方式改革
该课程的内容既涉及仿真算法等一些理论知识，又涉及仿真工具，知识面较广。
为了能够得到较好的教学效果，在教学方式方面该课程授课采用了多媒体的方式，加强互动环节，一面讲授理论知识，一面使用仿真工具演示，并且说明理论知识的使用方法和适用场合，将理论和实际相结合，将实际案例融入到课堂教学当中。并且详细介绍仿真的工具的使用，一步步演示，使每个学生都能够在课堂上对仿真工具的使用有一个初步的认识。
作业的形式都以实验报告的形式给出，让每个学生都能通过实践教学过程巩固自己所学的知识，验证自己的算法。
考试的形式以上机操作结合理论知识考试得出，既加深了学生对理论知识的理解和掌握，又加强了学生的动手能力。
3.实践教学环节改革
该课程的实践教学环节安排的课时数为8学时，根据教学过程中发现的问题，可以灵活地进行调整。认识类的实践课时为2个或者4个，如：Simulink工具箱的使用及操作、PID工具箱的应用；验证及工程仿真类的实践课时为4个或者6个。如：基于二容水箱系统的算法验证、平面倒立摆的建模与仿真，直流电机双闭环调速系统的参数仿真优化，等等。
4.结语
我们对教学内容及其方式的改革，使学生在课堂上与老师有很好的交流，增强了互动，通过案例演示激发了学生的兴趣，加深了学生对授课内容的理解。大多数学生都能够独立自主的完成实验和大作业。实验和作业的范围涉及运动控制和过程控制等自动化专业相关的课程，收到了良好的教学效果。
参考文献：
[1]张晓华。控制系统数字仿真与CAD[M].北京：机械工业出版社，2005.
【关键词】WinCC;触摸屏；液体混合控制
引言
在炼油、化工、制药等行业中，多种液体混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。但由于这些行业中多为易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境十分恶劣，不适合人工现场操作。另外，生产要求该系统具有混合精确、控制可靠等特点，这也是人工操作和半自动化控制所难以实现的。所以为了帮助相关行业，特别是其中的中小型企业实现多种液体混合的自动控制，从而达到液体混合的目的，液体混合自动配料势必是摆在我们眼前的一大课题[1]。
1.系统原理图
本项目所用到的上位机和触摸屏与下位机的通讯分别是通过MPI和Profibus连接的。上位机和下位机的通讯可通过在变量管理中添加新的驱动程序，在新的驱动程序中的MPI里新建驱动链接，最后在新的驱动链接里将下位机里的变量加入并与实时画面连接即可。
2.工艺流程图
液体混合控制系统如图1所示：两个进料罐，装载2种不同液体，一个混合罐，主要对两种混合液体进行搅拌，以及一个出料罐，将混合后的液体排出来。根据生产要求不同，按照不同的配方进行注料，通过液位传感器的变化来控制进液阀门的打开与关闭，从而达到配方的要求，在完成液体注入后，下方的搅拌电机开始工作，利用变频器的控制，使电机的转速发生变化，进行一次慢搅拌，一次快搅拌，然后打开放料阀门放出液体，并进行排空。
图1工艺流程图
3.下位机选型
在进行下位机编写时，首先要根据本次设计时所用到的输入输出点进行硬件选型。本次设计所使用的模块有电源模块，数字量输入模块，数字量输出模块，模拟量输出模块。
本次设计选择了输出为直流24V的PS3075A标准电源模块。选择了16点的数字量输入模块，订货号为：6ES7321-1BH00-0AA0。设计选择了32点的数字量输出模块，订货号为：6ES7322-1BL00-0AA0。CPU选为CPU315-2DP，订货号为6ES7315-2AG10-0AB0;用于直接数据交换的发送和接收功能、恒定总线循环时间、路由、S7通讯（可加载的FB/FC）、固化程序V2.0;同时可作为SIPLUS模块。虽然此类CPU价钱比较昂贵，但实用性强，功能较多。Step7软件中的硬件配置模块如图2所示。
图2硬件配置
4.系统设计流程图及编程
在配方选择中，三种配方中两种液体的进液量是互不相同的，液体的进液量利用阀门的打开与关闭，以及通过液位传感器检测液位值的变化来控制，并且整个系统都要保持在室温下进行。系统中阀门以及电机的故障检测是手动进行的，一旦出现故障，则要停止系统，并进行人工对故障的排除。在完成系统流程图后，下面就可以根据系统流程图编写程序了。根据液体混合的运行控制要求，用户应用程序采用模块化结构，由主循环程序和若干子程序构成。使用编程软件支持的梯形图逻辑语言编写，系统应用的程序框图如图3所示。
图3块图
5.WinCC组态软件
本次设计WinCC组态主画面，主要是利用图库里相应的元素进行组态。利用WinCC组态系统主画面，使画面看起来简单、直观。当系统运行时，能够清楚的看到系统所控制的每一个部分的动作。当系统出现故障时，则会在画面上第一时间反应出来，使操作人员进行及时的检修。登录画面设置简单易行，在所添加的按钮中，添加相应的脚本程序即可。变量记录画面是指对变量进行实时的记录。在系统运行后，对在每个时间段内变量变化的记录。在本次设计中，主要需要进行变量记录的变量就是指混合罐内的液位。所以在此次变量记录画面中，主要被监视的变量就是混合罐内的液位。
6.触摸屏软件
WinCCflexible综合了下列优点：直接的处理方式、透明性、灵活性。在本次设计中，主要利用触摸屏编辑了登录画面、启动画面、配方画面。登录画面主要是考虑到系统操作的安全性、保密性。首先要在用户管理中进行用户名及密码的设置。然后在与登录画面进行链接。在登录画面中，点击任意位置，均能出现输入用户名及密码对话框。启动画面的创建主要是对系统进行不同的操作。启动画面涵盖本次设计所需的主要控制部分，包括系统的启动，停止，故障清除及配方选择，在画面中创建所需按钮，并设置按钮属性。当需要对系统进行操作时，点击所需操作所对应的按钮即可。配方画面，共设置3种不同的配方的按钮，在画面中要对各个按钮的属性进行设置即可。
7.结论
实现了液体混合控制仿真系统的设计，突破了传统控制要求，设置了对配方的选择，并且利用变频器对液体混合时工作的电机进行调速。利用S7-300进行了下位机程序的编写，结合了PLCSIM进行了仿真调试，通过操作下位机程序，使上位机WinCC实现了动态画面的系统仿真。触摸屏也是上位机组成部分。并且，最终的仿真要求就是利用触摸屏控制WinCC的动态画面。本次设计实现了按照控制要求所需设计的上位机与下位机的仿真控制。在现场的操作中，工作人员可以利用控制触摸屏去控制现场操作系统，真正实现了自动控制。
参考文献
[1]辛峰杰。液体混合装置的自动控制系统研究[J].网络财富，2010，6（22）：227-228.
[2]廖常初。大中型PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.27-30.