与MATLAB的智能控制虚拟实验室设计与实现

万方数据万方数据仪器仪表学报第２９卷实验室安装“大脑”了，也就是将控制算法载入到控制系统中去，完成控制系统和控制算法之间的信息传递。

首先将设计好的算法保存在工作空间，当运行实验时，工作空间将和控制系统模型建立信息传递通道。

控制算法通过这个通道载人到控制系统中去，进行实验时这个通道一直保持畅通，冈此可以反复修改算法，只要最后保存在工作空间里就能完成控制系统与控制算法之间的信息传递。

在进行智能控制虚拟实验时，所有的外部信息都是通过图形用户界面传递到虚拟设备和控制系统中的，冈此要将图形用户界面上用户的输入信息传递到虚拟设备和控制系统上去。

这是通过设计图形用户界面的同调模式来实现的。

所渭回凋模式就是将按键、菜单等与所要实现的功能程序连接起来，也就是用程序设计方式将各个相关的处理程序集成为一个完整的系统，实现网形用户界面与各相关功能的信息传递。

４系统实现本文以ＡＥ２０００Ａ型过程控制装置为实验仿真的对象，以二阶双容水箱下水箱液位模糊控制实验为例进行智能控制虚拟实验窒开发的介绍。

４．１实验室与实验设备的虚拟实验室与实验设备的虚拟就是按照实验室和ＡＥ２０００Ａ型实验设备的外观用ＶＲＭＬ编辑器编辑虚拟对象。

编辑好的对象以ｗｒｌ的格式进行保存。

然后可以通过浏览器观察。

在进行实验时，通过虚拟现实工具箱将ＭＡＴＬＡＢ处理的结果传到虚拟设备中去，就可以清楚的看到阀门及水箱液位的变化，达到了虚拟场景和真实场景的一致。

本实验的虚拟效果如图２所示。

图２设备的虚拟Ｆｉｇ．２Ｔｌｌｅｖｉｒｔｕａｌｄｅｖｉｃｅ统设计以及与虚拟没备的连接。

实验的控制对象为二阶水箱下水箱液化，其传递函数为：∥（７１．ｓ＋１）（ｔｓ＋１）其中Ｌ、疋、Ｋ与阀门开度及容量系数有关。

按照实验原理设计了如图３所示的控制系统模型。

图３控制系统模型Ｆｉｇ．３Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｍｌｓｙｓｔｅｍ控制系统模犁建立起来以后还需要做两件事情：第一，编写控制规则并载入控制系统；第二，将控制系统模型与虚拟｝殳备联系起来，川控制系统输Ｉｌｆ；信号驱动虚拟现实中的设备运动。

其巾控制规则是南ＭＡＴＩ．ＡＢ模糊控制Ｉ：具箱提供的模糊推理系统编辑器进行设计的，然后将规则保存在Ｉ：作空间里，最后冉载入剑控制系统模型中去，这样控制规则就和控制系统模型建立了联系。

控制系统模型与虚拟设备的连接是通过虚拟现实－ｊ：具箱巾的ＶＲＳｉｎｋ模块束实现的。

首先将该模块加到控制系统模型上去，然后设定模块的输入接口，确定控制系统输Ｈ｛的信口．要控制的虚拟设备中的量。

当运行实验时，ＶＲＭＬ浏览器自动弹ｍ并显示虚拟设备，虚拟设备中的液化就按照设计的规则运动。

控制系统与虚拟设备的连接如图４所示。

图４控制系统与虚拟设备的连接Ｆｉｇ．４ＴｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｔｍｌｓｙｓｔｅｍａｎｄｖｉｎｕａｌｄｅＶｉｃｅ４．３智能控制虚拟实验系统设计４・２智能控制系统设计及与虚拟设备的连接智能控制虚拟实验室是一个交互性很强的系统，因实验室的虚拟环境建立起来以后，下面以二阶水箱此将虚拟设备和控制系统结合起来以后，还需要设计完下水箱液位的模糊自整定ＰＩＤ实验为例介绍智能控制系善的Ｉ冬｛形Ｊｆｊ户界面，并将图形用户界面与各部分连接起万方数据第１２期师黎等：基于ＶＲＭＬ与ＭＡＴＩ．ＡＲ的智能控制虚拟实验宅设计与实现２５９７来。

按照这种思路，一个虚拟实验系统的生成还需要做两部分：【：作：设计图形用户界面和设氍图形片ｊ户界面各对象的属性。

１）设计罔形用户界面。

对于二阶水箱Ｆ水箱液位模糊控制实验，设计了如图５所示的图形用户界面。

在这个界面上：浏览实验室按钮，点击ｆｉ丁以看到实验窜的全貌；实验连线与开始实验按钮，显示实验台与实验设备；｛ｌｊ｛ｆ仃阀门对话框，通过渊节．阀｜’Ｊ确定不同的模型；期单值对话框，设定被控水箱的液位高度；量化凶子、修正系数对话框和涮整规则按钮，这些＿口ｆ以对控制系统进行调整；运行按钮，运行整个实验；显示曲线按钮，显示实验生成的曲线。

输出响应曲线莆■人期●僵：图５操作界面图¨ｇ．５‘Ｉ、ｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｎｔｅ以ｃｅ２）设置图形川户界面各对象的属性。

对于图５所示的界面，通过属性设置一方面可以使界面表现得更好，另一方面可以将界面与后台程序联系起来。

通过对浏览实验室、实验连线和运行实验３个按钮设计属性可以将这３个按钮与编辑好的虚拟场景连接起来；在文本框中输入数值时，通过属性程序设计可以将该数值传列控制系统模型上改变控制系统模型参数；通过属性设计调整规则按钮与模糊控制工具箱就联系起来了；运行按钮设计系统的运行指令；显示曲线按钮，设置衄ｊ图指令，从［作空间中调出存储的运行后的曲线，显示在界面上，便于通过曲线分析控制系统性能，获得控制系统参数。

５结论智能控制虚拟实验室的建设．为学生提供了开放、便利的使川环境。

实验表明，该智能控制虚拟实验系统、实验环境逼真，实验数据与真实结果高度吻合。

该虚拟实验搴系统采用软件Ｔ程规范设计，具有良好的扩展性和适应性，合理地利用了ＶＩ｛ＭＬ和ＭＡＴＬＡＢ各自的优点，能够圆满地完成实验任务。

文中的实验成果在智能控制国家级精品课程中已得到成功应用，得到了有关老师和学生的一致好评。

智能控制虚拟实验室的建立也为其他专业虚拟实验的建设提供了一定的借鉴，对于缓解实验设备使用紧张，节省资金，提高教学质量有重要意义。

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地址：河南省郑州市科学大道１００号郑州大学电气丁程学院，４５０００ｌ电话：∞７ｌ石７７８１４ｃｒ７；Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｈｉｌｉ＠删．ｅｄｕ．ｃｎＳｈｉＬｉｒｅｃｅｉｖｅｄｄｏｃｔｏｒｄｅｇｒｅｅｆｒｏｍＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔ），ｉｎ２００７．ＮｏｗｓｈｅｉｓｗｏｒｋｉｎｇｉｎＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ晒ａｐｍｆｅｓｓｏｒ明ｄＳｕｐｅｎ‘ｓｏｒｏｆＰｈＤＣａｎｄｉｄａｔｅｓ，ｈｅｒｍａｉｏｒｒｅｓｅａＩ＿；ｃｈ６ｅｌｄｉｓｉｎ．ｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｍＩ，ｆａｉｌｕｒｅｄｉａｇｎｏｓｉｓａｎｄｆａｕｌｔ—ｔｏｌｅｒａｎｔｃｏｎｔｍｌ．Ａｄｄｒｅｓｓ：ｓｃｈｏｏｌ“ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎ矛ｎｅｅ—ｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉＶｅｒｓｉ－万方数据２５９８仪器仪表学报第２９卷ｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００ｌ，Ｈｅｎａｎ。

ＣｈｉｎａＴｅｌ：＋８６—３７１＿６７７８１４０７：Ｅ．ｍａｉｌ：ｓｈｉｌｉ＠拢ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ王治忠．２００８年于郑州大学获得硕士学位，现为郑州大学博士研究生，主要研究方向为智能控制。

地址：河南省郑州市科学大道１００号郑州大学电气丁程学院，４５０００ｌ电话：０３７ｌ＿６１２０７７９３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇ．ｚｈｉｚｈｏｎｇｌ９８２＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎＷａｎｇＺｈｉｚｈｏｎｇｒｅｃｅｉｖｅｄｍａｓｔｅｒｄｅｇｒｅｅ伽朋Ｚｈｅｎ铲ｈｏｕＵｎｉ－ｖｅｒｓｉｔｙｉｎ２００８．ＮｏｗｈｅｉｓａＰｈＤｃａｎｄｉｄａｔｅｉｎＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｌ。

ｓｉｔｙ，ｈｊｓｍａｊｏｒＩ℃ｓｅａｒｃｈ６ｅｌｄｉｓｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔＩ＿｝０１．Ａｄｄｒｅｓｓ：Ｓｃｈ００ｌｏｆＥｌｅｃｔｍｎｉｃＥｎｇｊｎｅｅ＾ｎｇ．ｚｈｅｎ铲ｈｏｕＵｎｉＶｅｒｓｉ—ｔ）ｒ，Ｚｈｅｎ铲ｈｏｕ４５０００ｌ，Ｈｅｎａｎ，ＣｈｉｎａＴ奄ｌ：＋８６－３７ｌ—６１２０７７９３；Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｚｈｉｚｈｏｎ９１９８２＠ｙａｈ００．ＣＯｍ．Ｃｎ　万方数据。