1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1设计目的及意义

随着科学技术的进步，工业自动化有了巨大的进步。基于有线的控制技术在工业过程控制中的运用已经十分成熟，但是在一些场合无线控制有需求（减少成本，加强控制）。比如一家已经成熟运行的工厂需要加一些新功能与设备，把地下线缆挖出来加铺一条或者几条线既不现实也不经济，而加一个无线设备却比较容易实现。再比如一个山顶有实验项目需要将实验数据传出来，铺设线路也不合适，而无线通信合适。再比如船港码头，船上的数据如何传输到陆地港口码头上呢，显然，无线传输也是最好的选择。这仅是几个例子，实际生产生活中有很多场景都需要用到无线技术。

但是，与有线控制系统存在的测量滞后较小、测量变量定期更新的特点相比，基于无线测量技术的控制系统中，测量更新周期较长、测量更新具有非周期性，甚至存在丢包的可能，为克服这些问题对控制带来的影响，有必要研究无线测量环境下的系统控制问题。因此，针对无线测量环境下工业过程的控制问题展开研究与实验，设计新型控制器。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究的基本内容

本毕业设计（论文）以“基于无线测量技术的液位控制系统”为研究对象，主要任务有：

1.将无线变送器设备运用到实际控制中，研究无线设备的特点与无线传输存在的问题。

2.对已有的无线测量下PID的改进方法进行剖析，达到清楚理解。

3.优化无线测量环境下控制器算法，通过仿真验证算法。

4.将PID 与MPC控制运用到无线测量实验中，分析实验结果。

2.2目标

理论上理解并优化控制器设计，并通过仿真及实验证明。

2.3拟采用的技术方案及措施

实验平台：利用武汉理工大学过程控制实验室的非线性水箱（被控对象），无线测量仪器（变送器），以及DeltaV系统搭建实验软硬件平台，进行无线液位控制系统分析与设计实验。该非线性水箱实验平台采用目前最先进的工业级智能仪表、执行器、水泵、管道、DCS。非线性水箱实验平台既能够进行教学实验，让学生们通过实际接触了解目前工业级的过程仪器和控制方法；又能进行科学研究，教师和研究生都可以将先进的控制算法和改进的故障检测算法应用于此平台上，理论与实际结合，测试这些方法在实际工业级过程中的效果。因此非线性水箱实验平台与时俱进、前景广阔，具有较大的实用价值。

技术方案：采用PID 与MPC两种主要控制策略，首先利用DeltaV系统进行控制仿真，模拟无线测量过程中通信不可靠情况，通过设定值改变以及加扰动进行仿真实验，以检验算法的有效性。仿真达到要求后，在实验平台上进行PID 和MPC 控制器分析与设计，通过实验进行控制系统性能分析与评估。

传统PID控制：

图2-1 标准PID结构图

PID 控制：

图2-2 无线测量环境下的改进PID控制结构图

MPC控制：

图2-3 MPC控制结构图

3. 研究计划与安排

第1周：查阅相关文献资料，了解无线控制在国内外的发展和研究现状。

第2周：了解设计题目的要求，分析要点、难点。

第3周：熟悉其基本的设计原理，完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] j. song, a. mok, d. chen, m. nixon, t. blevins, and w. wojsznis,“improving pid control with unreliable communications,” in isa expo,2006.

[2] d. chen, m. nixon, and a. mok, wirelesshart - real-time mesh network for industrial automation. springer, 2010.

[3] t. blevins, “pid advances in industrial control,” in ifac conference on advances in pid control, 2012.