过程控制与Matlab/Simulink实验指导手册（基于MCG10型）1 Simulink驱动与编程21.1软件安装21.2 RT-eSim 软件41.3 simulink 物理仿真控制原理41.4 配置上位机51.5 RT-eSim外围驱动库62 一般实验72.1液位PID单回路控制72.1.1实验题目描述72.1.2实验编程82.1.3实验接线102.1.4操作步骤和调试112.1.5实验结果122.2流量PID单回路控制122.2.1实验题目描述122.2.2实验编程142.2.3实验接线152.2.4操作步骤和调试152.2.5实验结果16第I页共48页（含封面）1 Simulink驱动与编程11软件安装本系统是使用matlab2013a软件做检测控制，以及RT-eSIM下载软件，和LINX支持库文件。4.1.1、系统支持Win7旗舰版或者家庭版，32位或者64位系统，内存2G，硬盘大于64G,在64位系统中要安装32位的matlab软件，运行安装包目录下的文件 binwin32setup.exe。安装路径是在 program file(x86)下。4.1.2、软件安装1、先装 MATLAB2013a,运行安装包文件setup.exe2、把linux 文件夹拷贝到 matlab 安装目录下：C:Program FilesMATLABR2013artwc 路径下。3 、运行 matlab2013a,安装好后启动图标在 C:Program FilesMATLABR2013abin 路径下：matlab.exe4、 点击里的Set Path.Library *ParallelIMULINKENVIRONMENT把刚才linux文件夹添加进来，在如下图set path界面中操作:点击Add with Subfolders,把第2步的linux文件夹添加进来，点击Save. 保持之后关闭窗口。6 、 运行 c:program FilematlabR2013artwclinux 文件下 的 download.exe。7、安装RT-eSim （linux交叉编译器）软件，运行Setup.exe （这个有点大,新版的在改，会小很多）8、修改环境变量在“我的电脑”属性中，选择“高级”，下端点击“环境变量”。到环境变量里，找到如下图，RT-eSim系统安装说明（linux交叉编译器等）.doc 里的图6，阴影前面会少个分号，需要加上（这个新版本的Setup.exe已经改 过来了，正在测试）1.2 RT-eSim 软件RT-eSim实时仿真平台由硬件环境和软件环境两部分组成。硬件环境：RT-eSim实时仿真器软件环境：RT-eSim实时操作系统（运行在实时仿真器上），以及RT-eSim接 口 Simulink库（实时仿真器上所有的I/O接口驱动都封装到Simulink中，用户 只需要拖出来使用即可，即便对于没有任何硬件基础的算法工程师，也能非常 轻松的使用）。RT-eSim实时仿真编译控制系统（将Simulink模型文件生成C语言代码、 编译、自动下载、仿真验证的软件支持）1.3 simulink物理仿真控制原理实时仿真系统由两部分组成，这里分别用上位机和RT-eSim下位机进 行描述。上位机运行 Windows操作系统，在 Windows操作系统中安装 MATLAB/Simulink软件，运行Simulink仿真模型。下位机RT-eSim仿真机上 运行的是嵌入式Linux操作系统，在嵌入式Linux操作系统中，操作系统中包 含了仿真机上各硬件接口的驱动程序，并且在仿真机开机的时候自动加载各驱 动模块。实时仿真系统的数据流如图所示。图中Window上位机中运行 MATLAB/Simulink程序，在上位机MATLAB程序中运行有一个Simulink仿真 应用程序，假设Simulink工程名为 Model.slx （.slx是Simulink工程文件的后 缀）。在搭建Model.slx工程文件时，用户可以利用RT-eSim的Simulink接口 库中的模块，建立仿真算法与外部接口之间的数据流通关系。搭建完成Simulink应用程序后，配置模型成离散系统，设置RT-eSim仿真 机的IP地址，编译生成能运行在RT-eSim仿真机上的可执行文件，编译完成 后，可执行文件将通过网络自动下载到下位机 RT-eSim仿真机上，并开始运 行，运行后的程序处于等待状态，等待上位机Simulink发送开始指令。通过设置Simulink为仿真模式为外部模式，建立连接，点击开始，这时Simulink给下位机发送一个开始指令，下位机接到指令后开始实时仿真，仿真 的过程数据通过TCP/IP网络，传递给上位机进行显示。通知上位机还可以对部 分参数进行在线调节，调节完之后，自动下载到下位机中运行，实现在线调 参。Window上位机用户在simulink环境下搭建应用程序Model.slxRT-eSim（Simulink 接口库）生成c代码RT-eSim仿真机生成可执行文件自动下载数据用卜交互V1:-下位机（Linux 系统）A数据交互TCP/IP网络通信协议图4.3.1仿真结构数据流1.4配置上位机设备IP地址固定为192.168.2.167，所以上位机要与设备在同一个网络层。在完成硬件连接后，应进行上位机Windows的配置。设置本地连接IP地址为192.168.2.XX网段。在网络连接中，打开本地连接图4.4.1配置IP地址点击“属性”中，选择（TCP/IPv4）,双击，在弹出的对话框中，设置固定IP地址为“ 192.168.2.100”，具体操作如图4.4.2所示。图4.4.2设置固定IP地址1.5 RT-eSim外围驱动库RT-eSim 外围驱动库与Simulink实现完美融合。Simulink接口库包含 三个部分，如图4.5.1所示（图中的效果Rt-eSim库已集成到Simulink库文件 中，具体应用将在下文详细介绍）：常用基本模块：（列出SIMULINK常用的模块）通用I/O模块：（基于RT-eSim仿真机的通用接口模块，电压输出 为 3.3v 或 5v）过程控制外围模块：（针对过程控制涉及到的传感器，定制功能， 包含调理电路的功能模块）File Edit View HelpEnter search term湍 Simulink Library BrowseLibrariesNeural Network ToolboxOPC ToolboxRT-eSim 库 常用基础模块 过程控制外国模块 通用I/O模块Real-Time Windows Target Report erator Robust Control Toolbox Sim EventsSimRFSimscapeSimulink 3D AnimationSimulink CoderSimulink Control DesignLibrary: RKeSim$/i&用0 復览Search Results: (none)A/映笑hi串匚拄卷丰匚匡產Showing: RKeSim?/ii用I/O槎城图 451 RT-eSim 接口 Simulink 库2 一般实验21液位PID单回路控制同样的程序和界面，可以用于单容、水平双容、垂直双容和水平三容的液 位控制。只是管路有所不同，目标液位不同。我们选择单容来进行描述。211实验题目描述单容水箱液位PID控制流程图如图5.1所示，采用左边支路进行实验，背 边支路也是一样的。图5.1单容水箱液位调速器PID单回路控制测点清单如表5.1所示。表5.2单容水箱液位调速器PID单回路控制测点清单序号位号设备名称用途原始信号类型工程量1P01直流泵泵速控制24VPWM0 1.02LT02压力变送器水箱液位4 20mADCAI5kPa水介质由泵P01从水箱V4中加压获得压头，经过手阀JV1进入水箱V2（中间水箱），通过手阀JV4回流至水箱V4而形成水循环；其中，水箱V2的 液位由LT02测得，用调节手阀JV4的开启程度来模拟负载的大小。本例为定 值自动调节系统，P01为操纵变量，LT02为被控变量，采用PID调节来完成。2.1.2实验编程1、编程分析：单容液位PID控制回路，需要的I/O量:液位值、水泵驱动控制值PWM。 界面内部量：目标设定值、实际液位显示值、PID参数量：比例系数、积 分时间、微分时间。由于系统是离散系统，我们调用simulink库模块时PID选择离散模拟双自 由度的 PID 控制器（PID Controller （2DOF）。主要设置：1、时间选择离散或连续方式。.Time-domain ； Sample time2、 选择积分方法（离散时间）。.1 ntegrator method Filter method3、设置和调整控制器的增益。Proportio nal （P）在 Ma inIntegral （I）在 MainDerivative （D）在 MainFilter coefficient （N） 在 MainSetpoi nt weight （b）在 Ma inSetpoi nt weight （c）在 Ma in4、限制块输出Limit output 在 PID AdvaneedLower saturation limit 在 PID AdvaneedUpper saturation limit 在 PID AdvaneedIgnore saturation when linearizing 在 PID Advaneed5、配置抗饱和机制（当你限制块输出）Anti-windup method 在 PID AdvaneedBack-calculation gain （Kb）在 PID Advaneed2、计算过程Silk2000采集的电压值范围为0-5V, 12位分辨率，对应的数字量4096, 我们将其转换成百分值参与PID计算，传感器的测量量程为0-50cm的水位， 传感器模拟信号是4-20mA，程序中百分比减去了 820（4mA对应值），在除以量 程3276（4096-820的值）乘以100转换成液位量程工程的百分比，乘以50得 实际水位高度。设定值乘以2得百分值参与PID运算。PID输出0-100的值， 经过转换成标定值（01.0）送入PWM脉宽调制的输入端。（如果输出想要的 电压值（0-5V）请调用模拟量输出功能块）3、范例程序程序框图15_J7其吃達道亘Constant 1Convert3276.0Discrete PD Controller 2DOF)Product100.0 ConstantsXDivide50.0Data Type ConwfsicnPID订Constant4PraducM测sia1D0.0DividelConsiantlOScope