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摘 要

当下工业的发展在人类社会中越发处于基石地位，其工业系统的平稳运行亦格外重要。但经过人们的调查发现，在控制系统的运行过程中，会因为缺乏维护，设备故障，控制器整定不当，结构回路设计不合理或者非线性等等原因，有66%到80%的控制器没有达到性能的最佳状态而存在着性能缺陷，这会对整个生产造成极大的经济损失。由此可见，对控制系统进行性能评估，是一个非常实用也是迫切的要求。

本文围绕着控制系统性能评估工程化软件开发，做了如下的工作：

1. 简要介绍了现在的控制系统性能评估软件的背景以及相关的理论和开发现状，并做了研究内容的展开描述，为下文的工作作铺垫。
2. 以Harris提出的基于最小方差基准的性能评估方法为软件的算法，进行了先验知识的介绍，详细分析了其理论模型与过程，并对最小方差控制进行了仿真实验。仿真结果验证了理论模型的可行性。
3. 针对软件工程化开发问题，进行了规范化的流程学习，包括项目管理，基本形式和关键技术。对控制系统性能评估软件的功能也做了要求。
4. 选用MATLAB GUI作为软件的开发平台，先对MATLAB GUI进行了学习。之后设计了软件的功能结构及开发步骤。详细演示了软件使用方法及实现功能，包括登录模块，性能评估模块，报表模块，数据库模块等。

关键词：性能评估；最小方差基准；工程化软件开发；MATLAB GUI；评估软件设计

Development of Engineering Software for Control System Performance Evaluation

ABSTRACT

At present, the development of industry is increasingly in the cornerstone position in human society, and the stable operation of its industrial system is also particularly important. However, people's investigation shows that 66% to 80% of the controllers have performance defects due to lack of maintenance, equipment failure, improper controller setting, unreasonable or non-linear structural loop design and other reasons during the operation of the control system, which will cause great economic losses to the whole production. Therefore, it is very practical and urgent to solve this problem.

In this paper, we do work around the development of engineering software for control system performance evaluation:

(1) This article tells the background of the current control system performance evaluation software as well as the related theories and development status quo, and describes the research contents in order to pave the way for the following work.

(2) Taking Harris' performance evaluation method based on minimum variance benchmark as the software algorithm. The prior knowledge is introduced, its theoretical model and process are analyzed in detail, and the minimum variance control is simulated. The simulation results verify the feasibility of the theoretical model.

(3) Standardized process learning was conducted, including project management, basic forms and key technologies. The function of the control system performance evaluation software is also required.

(4) MATLAB GUI is selected as the software development platform, and MATLAB GUI is studied first. After that, the functional structure and development steps of the software are designed. The software includes login module, performance evaluation module, report module, database module, etc.

Key words: Performance evaluation; Minimum variance benchmark; Engineering software development; MATLAB GUI； Evaluation software design

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.1.1研究背景 1

1.1.2研究意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1评估算法理论研究现状 2

1.2.2软件工程化研究现状 3

1.3研究内容 4

1.4研究重点与方案选取 5

第二章 基于最小方差基准的控制系统性能评估 6

2.1引言 6

2.2时间序列建模 6

2.2.1 平稳时间序列及平稳性检验 6

2.2.2 ARMAX模型 7

2.3最小方差基准控制性能评估 7

2.4仿真实验 9

2.5本章小结 11

第三章 工程化软件开发 12

3.1 引言 12

3.2 软件工程化一般过程 12

3.2.1软件项目管理 12

3.2.2 软件工程化的基本形式 13

3.2.3 软件工程化的关键技术 13

3.3 控制系统性能评价软件开发概况 14

3.4 本章小结 15

第四章 基于MATLAB_GUI的性能评估软件设计 16

4.1引言 16

4.2软件结构与功能 16

4.3 评估软件功能及具体实现 17

4.3.1设计步骤 17

4.3.2软件登录模块 18

4.3.3控制性能评估模块 19

4.3.4 报表模块 21

4.3.5 数据库模块 23

4.3.6 软件打包 24

4.4本章小结 24

第五章 总结与展望 25

5.1全文总结 25

5.2软件系统评价 25

5.3工作展望 26

参考文献 27

致谢 29

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

工业在整个人类社会的运作中有着举足轻重的作用。小到人们随处可见的手机，电视机，大到火电站，石油化工等等，都离不开工业生产。今年疫情突发，服务娱乐金融等产业都被按下了暂停键。但就在这种情况下，工业的生产依旧如常，它作为国家的支柱撑起来整个国家的运作，保障了人们的防疫和生活不受重大影响。而工业系统中控制器的作用犹如头脑之于人类，企业在生产时，都会尽力确保控制器的性能处在良好的状态。但经过人们的调查发现，在控制系统的运行过程中，会因为缺乏维护，设备故障，控制器整定不当，结构回路设计不合理或者非线性等等原因，出现控制器的性能下降，导致产品质量下降，公司遭受损失。国外有一研究机构做了相应的统计，结果令人吃惊，有66%到80%的控制器没有达到性能的最佳状态而存在着性能缺陷。由此可见，对控制系统进行性能评估，是一个非常实用也是迫切的要求。

1.1.2研究意义

随着人类的科技发展，现代工业流程生产具有高度的自动化，集约化以及信息化等特点。规模庞大的生产装备以及复杂的工业回路，大多是依靠工程师进行维护。但如果仅靠有限的工程师进行现场的数据收集，监控以及评估，显然是需要耗费大量的人力以及物力。而人工检测又存在着许多问题，例如有一些控制回路难免不能及时检测或是人为主观上的判断操作失误等，这些都难以避免。因此，需要一个能够进行性能评估的软件，对整体的工业流程进行一个全面的监控。

这样做有许多好处，能够及时的发现数据的问题并能作出初步的判断和性能评估，并且能够提醒工程师们及早发现问题。工程师们便可以根据提供的信息，对控制器的性能进行深度评估和采取优化措施。由此，工程师们的工作量将大大减轻，并且提高了处理问题的效率和准确度，企业的损失也可以得到最大限度的降低，为后续的生产工作做出保障。如果缺少这样的一个控制系统性能评估软件，就有极大的可能性出现滞后性，等到性能已经差到了一定程度，才发现问题并进行补救。这样就会导致严重的后果，造成的损失不可估量。

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