[发明专利]基于MATLAB引擎的可视化过程控制实时仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MATLAB引擎的可视化过程控制实时仿真方法，是一种基于用户操作层、数据管理层、后台运行层三层组成的可视化过程控制实时仿真系统的设计方法。 

背景技术

随着我国经济的飞速增长和工业自动化程度的快速提高，各种计算机仿真系统广泛应用于各种工业生产过程。这些系统所使用的控制算法，绝大多数提供的是单变量PID等常规控制方法，而少有先进的控制策略。这些常规控制方法的仿真系统简单易用，深受工业界的欢迎，但随着工业生产过程规模扩大和日益复杂化，工业生产过程具有多变量、强耦合、非线性、大时滞以及不确定性等特点，使得生产现场难以对自动化系统及相应的优化控制软件进行充分调试和实验。有些计算机控制系统虽配置了先进控制软件，但需采用脚本语言形式实现控制算法组态，这对于那些具有实际过程控制经验而缺乏编程知识的用户来说使用起来甚为困难。即便对于精通编程知识的用户，复杂控制系统的组态也非一件易事。 

经过多年的自主创新和对外合作，企业已经具有较高的自动化水平，现已经建有各种较为先进的控制系统。技术人员通过在高校的学习和多年的操作，不论是理论水平还是实际的动手操作能力，都有了很大的提升。连续工业过程的控制与优化研究通常不能直接操作生产装置，而是要通过实验验证以后才能实际应用。为了降低反复进行实验的成本，开发和设计相应的软件实验平台是必要的。国外已经有了多年的软件开发经验，并有些已经形成了垄断。即便是如此，这些软件的针对性不强，且价格昂贵。而且国内企业现有的自动化水平以及先进控制算法的开发和运用与国际领先水平还有一定的差距。现面临已建控制系统维护和优化，亟需一个通用的过程控制仿真平台，来对生产各种对象模型和组态控制模块模型提供数据支持。 

在目前的过程控制仿真平台中，仿真平台对软件和硬件的依赖比较强，同时仿真平台往往针对的是某个过程缺乏一定的通用性。研制一个面向工业现场的、可视化的、图形控件的，能够非常直观、生动地模拟工业系统的，摆脱依赖实际硬件的测量，实现以软件为中心的，能够在一个和实际过程系统相似的环境中对先进控制的控制方案、策略和算法进行大量仿真实验的过程控制仿真实验平台势在必行。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于MATLAB引擎的可视化过程控制实时仿真方法，该基于MATLAB引擎的可视化过程控制实时仿真方法，不但充分利用了MATLAB的强大数据处理功能，还具有VC界面人性化、操作使用方便的优点。 

发明的技术解决方案如下： 

一种基于MATLAB引擎的可视化过程控制实时仿真方法，基于三层架构的仿真系统实现实时仿真，所述的三层架构包括用户界面层、数据管理层和仿真运行层； 

用户界面层：在Visual c++即VC环境下，加载Visual Graph ActiveX控件，形成用户界面； 

数据管理层：用于实现运行数据管理和模型数据管理；运行数据管理指运行数据的读取和存储，模型数据管理指对模型信息的设置及保存，所述的模型信息包括与原理图和组态图相关的结构和参数信息；数据管理层通过前台通信接口与用户操作层通信，数据管理层通过后台通信接口与仿真运行层通信； 

仿真运行层：对存储于MATLAB workspace中的数据以及对由MATLAB运行时生成的数据文件进行访问，并基于MATLAB引擎对数据进行运算，得到仿真结果数据，仿真涉及到连接外部硬件时，仿真运行层还提供与外部硬件通信的通讯接口； 

三个层次之间设有内部通讯接口用于数据的传递与保存，实现基于三层架构的仿真过程，所述的内部通讯接口包括前台通信接口和后台通信接口。 

用户界面层包含以下四个部分： 

(1)组件库部分：包括绘制组件图时需要用到的元件或虚拟设备(包括管道，阀门，电机，水箱等)，使用MFC自带的Ctrl List控件将组件库显示出来；使用外部加载的Visual Graph控件将组件库文件打开，Ctrl List控件将Visual Graph控件的图标转换成List控件需要的图标； 

(2)组态图部分：调用组件库中的元件或虚拟设备绘制而成；组态图由两部分构成，分别是组态图Visual Graph控件和组态图属性Visual Graph控件；组态图Visual Graph控件负责显示组态界面，组态图Visual Graph控件负责显示组态图中每个元件的属性，提供对元件属性的查看和修改；