基于大林算法的PLC温度控制

大林算法课程设计

摘要 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t>=0.5T（T为对象的时间常数）时，实践证明用PID控制很难获得良好的控制品质。对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本课程设计介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法——大林（Dahlin)算法。 关键字：纯滞后、大林（Dahlin)算法

目录 0引言 (1) 1被控对象模拟与计算机闭环控制系统的构成 (2) 1.1被控对象 (2) 2大林算法 (3) 2.1一阶被控对象的达林算法 (3) 3振铃现象和消除方法 (4) 3.1振铃现象的产生 (4) 3.1.1振铃现象的分析 (4) 3.2振铃幅度RA (6) 3.3振铃现象的消除 (6) 3.4Simulink 仿真 (7) 4一种改进的消除振铃现象的方法 (9) 5总结 (10) 参考文献 (11)

0引言 大林算法是由美国IBM公司的大林(Dahllin)于1968年针对工业生产过程中含纯滞后的控制对象的控制算法。该算法的设计目标是设计一个合适的数字控制器，使整个系统的闭环传递函数为带有原纯滞后时间的一阶惯性环节。大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。

大林算法课程设计报告

微型计算机控制技术课程设计报告 班级：自动化901 A B C

一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 已知被控对象的传递函数为： 采样周期为T=0.5s ，用大林算法设计数字控制器D(z)，并分析是否会产生振铃现象。 四、课程设计要求 1、用大林算法设计数字控制器D(z) ； 2、在 Simulink 仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果，画出数字控制； 3、绘制并分析数字控制器的振铃现象； 4、对振铃现象进行消除; 5、得出仿真结果并进行仿真分析; 6、程序清单及简要说明; 7、成设计说明书（列出参考文献，以及仿真结果及分析）。 五、大林算法控制系统方案设计 在控制系统应用中，纯滞后环节往往是影响系统动态特性的不利因素。工业过程中如钢铁，热工和化工过程中往往会有纯滞后环节。对这类系统，控制器如果设计不当，常常会引起系统的超调和持续振荡。 由于纯延迟的存在，使被控量对干扰、控制信号不能即时的反映。即使调节机构接受控制信号后立即动作，也要经过纯延时间t 后才到达被控量，使得系统产生较大的超调量和较长的调节时间。当t >=0.5T （T 为对象的时间常数）时，实践证明用PID 控制很难获得良好的控制品质。 对这类具有纯滞后环节系统的控制要求，快速性往往是次要的，通常要求系统稳定，要求系统的超调量要小，而调整时间允许在较多的采样周期内结束。 这样的一种大时间滞后系统采用PID 控制或采用最少拍控制，控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求的一种直接数字控制器设计方法 ——达林(Dahlin)算法 ()1s e G s s -=+

基于大林算法的温度控制系统设计说明

计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期 设计课题：基于大林算法的电路温度控制系统的设 计 专业：__ __ 班级： __ _ 学号：___ _______ 姓名：_______ _ _____ 2016年5月

目录 第一章课题简介 (1) 1.1课题的目的 (1) 1.1.1 本机实现的功能 (1) 1.1.2 扩展功能： (1) 1.2课题的任务及要求 (1) 第二章系统方案设计 (2) 2.1 水温控制系统的总体介绍 (2) 2.2 系统框图 (2) 2.3 闭环系统的工作原理 (2) 第三章系统硬件设计 (3) 3.1 系统原理图 (3) 3.2 单片机最小系统设计 (3) 第四章大林控制算法设计 (5) 4.1 大林控制算法原理： (5) 4.2 控制器的设计及公式推导过程 (6) 4.3 采样周期的选择： (7) 第五章水温控制系统的仿真 (7) 5.1振铃现象 (7) 5.2 Matlab仿真 (9) 5.2 大林算法控制系统编程设计： (10) 5.3各模块子程序设计 (11) 5.3.1主程序设计 (11) 5.3.2读出温度子程序 (12) 5.5.3数码管显示模块 (13) 5.5.4温度处理程序 (14) 第六章小结与体会 (15) 第七章参考文献 (16) 第八章附录 (17)

第一章课题简介 1.1课题的目的 1.1.1 本机实现的功能 （1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。 （2）可以通过按键任意设定一个恒定的温度。 （3）将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。 （4）当系统出现故障，超出控制温度围时，自动蜂鸣报警。 1.1.2 扩展功能： （1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。 （3）温度控制的静态误差。 1.2课题的任务及要求 一升水由800W的电热设备加热，要求水温可以在一定围由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。 （1）温度测量围：10~100℃，最小区分度不大于1℃。 （2）控制精度在0.2℃以，温度控制的静态误差小于1℃。 （3）用十进制数码管显示实际水温。

实验 大林算法(1)

实验 大林算法 一、实验目的 1.进一步掌握大林算法 2.熟悉大林算法硬件电路结构 二、实验器材 https://www.360docs.net/doc/7f11327204.html,KL —4型实验箱 2.虚拟示波器（软件） 3.计算机 三、实验线路原理 (1)纯滞后环节是通过控制采样保持器，使采样保持器的输出滞后D/A 输出一拍来模拟实现的。 采样周期T=0.2S ，大林设计目标定为：W b (S)=1 S e rs +τ- 式中τ=0.1S (2)D(Z)算法 计算机输入为E(Z)，输出为U(Z)，有： D(Z)=3 322113 322110Z P Z P Z P 1Z K Z K Z K K )Z (E )Z (U ------++++++= 将D(Z)式写成差分方程，则有： U K =K 0E K +K 1E K-1+K 2E K-2+K 3E K-3-P 1U K-1-P 2U K-2-P 3U K-3 (3)采样周期T 计算机用8253产生定时信号，定时10ms ，采样周期T 为：T=T K ×10ms T K 需事先送入2F60H 单元。范围：01H ～FFH ，对应T 的范围：10ms ～2550ms ，实验取T=0.2S=200ms ，T K =20=14H 。 (4)接线：

四、实验内容及步骤 (1)根据设计要求，确定计算机的D(Z)各个系数。 D(Z)=(0.48-0.3936Z-1)/(1-0.1350Z-1-0.8650Z-2) K0=0.4800， K1=-0.3936， K2=0， K3=0， P1=-0.1350， P2=0.8650， P3=0 (2)S11置方波档，S12置T3档，调W12使U1单元的OUT端的输出波形为2.5V方波，实验过程中调节W11改变波形的周期。S与ST短接。 (3)装入程序（TH6-1.EXE），使用默认的段地址和偏移量，由于程序前256T数据为存储缓冲，T K值（14H）存入2F60H单元，。 (4)在调试窗口内运行程序G=0000：2000，对照输入R观察输出C点的波形。 图6.1－4

大林算法实验报告(20200623034811)

大林算法实验报告 一、实验目的 1、 掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、 进一步熟悉MATLAB 的使用方法； 3、 掌握在MATLAB 下大林算法控制器的调试方法; 4、 观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1■大林算法的原理及推导 大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯 滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一 阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 0 (s) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即 ： 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象 G0(s)的纯滞后时间T 相同。 闭环系统的时间常数为 T T ，纯滞后时间T 与采样周期T 有整数倍关系, T =NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被 控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的 0 (s)串联之后的Z 变换，即0 (z)如下： R(z) _ s Ts 1 1- e T z 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即: s NTs Ke G o (s)- 1 Tp Ke 1 「s 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为: (s)二 1 Ts 1 G (z)=z3 心 .s 1 + T 1S 」 K Z — NT T/T 1 1 _ e ； 1 ■ e z

于是相应的控制器形式为: （仁「厲）（仁/仁一1 ） K （I e TTl ）1 - ―1 -（1 e TT ）^N_1 2■振铃现象及其消除 按大林算法设计的控制器可能会出现一种振铃现象，即数字控制器 的输出以二分之一的采样频率大幅度衰减振荡，会造成执行机构的磨损。 在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳 定性。 衡量振铃现象的强烈程度的量是振铃幅度 RA (Ringing Amplitude)。 它的定义是：控制器在单位阶跃输入作用下，第零次输出幅度与第一次 输出幅度之差值。 当被控对象为纯滞后的一阶惯性环节时，数字控制器 D(z)为： D 注 ⑴e TT )(i -宀\ D(Z) T T 1 T T -1 T T N -1 K(1- e J 1- e "z - (1- e f)z ] 由此可以得到振铃幅度为： T/T T/T 1 T/T 1 -T/T RA= ( e ) -( e 1 p e - e 于是，如果选择 T T >T1,则RA W 0,无振铃现象；如果选择 T T < T1, 则有振铃现象。由此可见，当系统的时间常数 T T 大于或者等于被控对象的 时间常数T1时，即可消除振铃现象。 三、实验内容 已知某过程对象的传递函数为: 期望的闭环系统时间常数 T 0 = 0.25s ，采样周期 T =0.5s 。 要求： (1) 适用大林算法设计数字控制器； (2) 判断有无振铃现象，若有则修改控制器消除之，仿真并分析系统在单位阶跃响应下 的输出结果； (3) 利用PID 控制器控制该对象，使得系统在单位阶跃信号下的响应满足超调量不超过 20%，衰减比为4:1，调节时间不超过 4s ； ⑷分析以上两种方法的优缺点。 四、实验过程 G （s ）二 3e -0.5s 0.6s 1

大林算法控制系统设计

扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：大林算法控制系统设计 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：

第一部分 任 务 书

《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC 、DAC 等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。 1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：大林控制算法。 3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、D/A 输出程序等。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 5 10 0.5 1.5(), ()(1)(0.81) (1)(0.41) s s G s e G s e s s s s --= = ++++8 8 10.5(), ()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51) s s G s e G s e s s s s --==++++5 8 1.52(), ()(1)(0.21) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++ 5 5 12(), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++

控制系统的极点配置设计法

控制系统的极点配置设计法 一、极点配置原理 1.性能指标要求 2.极点选择区域 主导极点： n s t ζω 4 = ；当Δ=0.02时，。 n s t ζω 3 = 当Δ=0.05时,

3.其它极点配置原则 系统传递函数极点在s 平面上的分布如图（a ）所示。极点s 3距虚轴距离不小于共轭复数极点s 1、s 2距虚轴距离的5倍，即n s s ξω5Re 5Re 13=≥（此处ξ，n ω对应于极点s 1、s 2） ；同时，极点s 1、s 2的附近不存在系统的零点。由以上条件可算出与极点s 3所对应的过渡过程分量的调整时间为 135 1 451s n s t t =?≤ ξω 式中1s t 是极点s 1、s 2所对应过渡过程的调整时间。 图（b ）表示图（a ）所示的单位阶跃响应函数的分量。由图可知，由共轭复数极点s 1、s 2确定的分量在该系统的单位阶跃响应函数中起主导作用，即主导极点。因为它衰减得最慢。其它远离虚轴的极点s 3、s 4、s 5 所对应的单位阶跃响应衰减较快，它们仅在极短时间内产生一定的影响。因此，对系统过渡过程进行近似分析时。可以忽略这些分量对系统过渡过程的影响。 n x o (t) （a ） （b ） 系统极点的位置与阶跃响应的关系

二、极点配置实例 磁悬浮轴承控制系统设计 1.1磁悬浮轴承系统工作原理 图1是一个主动控制的磁悬浮轴承系统原理图。主要由被悬浮转子、传感器、控制器和执行器(包括电磁铁和功率放大器)四大部分组成。设电磁铁绕组上的电流为I0，它对转子产生的吸力F和转子的重力mg相平衡，转子处于悬浮的平衡位置，这个位置称为参考位置。 （a）（b） 图1 磁悬浮轴承系统的工作原理 Fig.1 The magnetic suspension bearing system principle drawing 假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，转子就会偏离其参考位置向下运动，此时传感器检测出转子偏离其参考位置的位移，控制器将这一位移信号变换成控制信号，功率放大器又将该控制信号变换成控制电流I0+i，控制电流由I0增加到I0+i，因此，电磁铁的吸力变大了，从而驱动转子返回到原来的平衡位置。反之，当转子受到一个向上的扰动并向上运动，此时控制器使得功率放大器的输出电流由I0，减小到I0-i，电磁铁的吸力变小了，转子也能返回到原来的平衡位置。因此，不论转子受到向上或向下的扰动，都能回到平衡状态。这就是主动磁轴承系统的工作原理。即传感器检测出转子偏移参考点的位移，作为控制器的微处理器将检测到的位移信号变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在执行磁铁中产生磁力从而使转子维持其悬浮位置不变。悬浮系统的刚

大林算法实验报告

大林算法实验报告 一、实验目的 1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、进一步熟悉MATLAB 的使用方法； 3、掌握在MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法； 4、观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1.大林算法的原理及推导 大林算法是IBM 公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程中含有纯滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数φ(s ) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即： 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象G 0(s )的纯滞后时间τ相同。 闭环系统的时间常数为T τ ，纯滞后时间τ与采样周期T 有整数倍关系， τ=NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的φ(s )串联之后的Z 变换，即φ(z )如下： 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即： 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为： 1 ()1 s s e T s ττ φ-=+1/1() 1(1)()=()11T s ττ T/T s N T T -Y z e e e z z Z z R z s T s e z ττ φ------??--==?=? ? ?+-?? 011()11s NTs Ke Ke G s T s T s τ--== ++11/1/1111()11T T Ts s N T T e Ke e G z Z Kz s T s e z τ-------??--=?=? ?+-??

基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计(DOC)

课程设计任务书学院专业 学生姓名班级学号 课程设计题目基于大林算法的电阻炉温度控制系统设计实践教学要求与任务: 1）构成电阻炉温度控制系统 2）大林算法设计 3）硬软件设计 4）实验研究 5）THFCS-1现场总线控制系统实验 6）撰写实验报告 工作计划与进度安排: 1）第1～2天，查阅文献，构成闭环温度控制系统 2）第3天，大林算法设计 3）第4～5天，硬软件设计 4）第6天，实验研究 5）第7～9天，THFCS-1现场总线控制系统实验 6）第10天，撰写实验报告 指导教师： 201 年月日专业负责人： 201 年月日 学院教学副院长： 201 年月日

目录 摘要 (1) 1.课题简介 (2) 1.1课题目的 (2) 1.2课题内容 (2) 1.3课题要求 (2) 2.大林算法控制系统方案设计 (3) 2.1控制系统总体介绍 (3) 2.2控制系统闭环工作原理 (3) 3.大林算法控制系统硬件电路设计 (4) 3.1 A/D采样电路 (4) 3.2 D/A输出电路 (5) 3.3给定对象硬件电路设计 (6) 3.4总硬件图 (7) 4.大林算法控制系统算法设计 (8) 4.1 控制算法的原理 (8) 4.2 计算机实现的计算机公式推导 (8) 4.3 采样周期的选择 (9) 5.大林算法控制系统软件编程设计 (10) 5.1 主程序与中断流程图 (10) 5.2 部分控制程序代码 (11) 6.结论 (15) 7. 小结与体会 (16) 参考文献 (17)

摘要 电阻加热炉用于合金钢产品热力特性实验，电加热炉用电炉丝提供功率，使其在预定的时间内将炉内温度稳定到给定的温度值。在本控制对象电阻加热炉功率为20KW ，有220V 交流电源供电，采用双向可控硅进行控制。本设计针对一个温区进行控制，要求控制温度范围50～350℃，保温阶段温度控制精度为±1℃。选择合适的传感器，计算机输出信号经转换后通过双 向可控硅控制器控制加热电阻两端的电压，其对象温控数学模型为：()1s d d K e G s T s -=+τ其中：时间 常数d T =350秒，放大系数d K =50，滞后时间τ=10秒，控制算法选用大林算法 。 关键词：单片机；A/D 、D/A ；大林算法；传感器；炉温控制

谈机电传动控制系统的设计方法

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/7f11327204.html, 谈机电传动控制系统的设计方法 作者：李绍璞 来源：《科学与财富》2012年第06期 摘要：机电传动控制系统是由相互制约的五大要素组成的具有一定功能的整体，不但要求每个要素具有高性能和高功能，更强调它们之间的协调与配合，以便更好地实现预期的功能。特别是在机电一体化传动系统设计中，存在着机电有机结合如何实现，机、电、液传动如何匹配，机电一体化系统如何进行整体优化等问题，以达到系统整体最佳的目标。 关键词：机电;传动;控制系统;设计;方法 在机电传动与控制中，将与控制设备的运动、动作等参数有关的部分组成的具有控制功能的整体称为系统。用控制信号（输入量)通过系统诸环节来控制被控变量（输出量），使其按规定的方式和要求变化，这样的系统称为控制系统。 1、控制系统的分类 控制系统的分类方式很多，但机械设备的控制系统常按系统的组成原理分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 输出量只受输入量控制的系统称为开环控制系统。在任何开环控制系统中，系统的输出量都不与参考输人量进行比较。对应于每个参考输人量，都有一个相应的固定工作状态与之相对应，系统中没有反馈回路（反馈是把一个系统的输出量不断直接或间接变换后，全部或部分地返回到输入量，再将输入量输入到系统中去的过程）。用步进电动机作为执行元件的经济简易型数控机床，其控制系统就是一个开环系统。这种机床的控制装置和驱动装置根据机床的坐标进给控制信号推动工作台运动到指定位置，该位置的坐标信号不再反馈；当控制系统出现扰动时，输出量便会出现偏差。因此，开环控制系统缺乏精确性和适应性。但它是最简单、最经济的一类控制系统，一般使用在对精度要求不高的机械设备中。 在有些控制系统中，输出量同时受输人量和输出量的控制，即输出量通过反馈回路再对系统产生控制作用。这种存在反馈回路的系统称为闭纾控制系统。全功能型CNC机器人属闭环控制系统。在CNC机床的坐标驱动系统中，以坐标位置量为直接输出量，并在工作台上安装长光栅等位移测量元件作为反馈元件的系统才称为闭环系统。那些以交、直流伺服电动机的角位移作为输出量，用圆光栅作为反馈元件的系统则称为半闭环系统。目前的CNC机床大多为半闭环控制系统。采用半闭环控制系统的优点在于没有将伺服电动机与工作台之间的传动机构和工作台本身包括在控制系统内，系统易调整、稳定性好且整体造价低。 2、机电传动控制系统的设计方法 2．1模块化设计法

大林算法实验报告

大林算法实验报告 一、实验目的 1、掌握大林控制算法的基本概念和实现方法； 2、进一步熟悉 MATLAB 的使用方法； 3、掌握在 MA TLAB 下大林算法控制器的调试方法； 4、观察振铃现象，并且尝试消除振铃现象 二、实验原理 1.大林算法的原理及推导 大林算法是 IBM 公司的大林 (Dahlin) 在 1968 年提出了一种针对工业生产过程中含有纯 滞后对象的控制算法。其目标就是使整个闭环系统的传递函数 相当于一个带有纯滞后的一 阶惯性环节。该算法具有良好的控制效果。 大林控制算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 φ ( s ) 相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联，即 ： (s) 1 e s T s 1 整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象 G 0( s ) 的纯滞后时间 τ 相同。 闭环系统的时间常数为 T τ ，纯滞后时间 τ与采样周期 T 有整数倍关系， τ =NT 。 其控制器形式的推导的思路是用近似方法得到系统的闭环脉冲传递函数，然后再由被 控系统的脉冲传递函数，反推系统控制器的脉冲传递函数。 由大林控制算法的设计目标，可知整个闭环系统的脉冲传递函数应 当是零阶保持器与理想的 φ ( s ) 串联之后的 Z 变换，即 φ ( z ) 如下： Y( z) 1 e T s e s N (1 e T/T τ 1 = z ) z ( z) Z 1 e T /T τ -1 R( z) s T s 1 z 对于被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节即： G 0 (s) Ke s Ke NTs 1 T 1s 1 T 1s 其与零阶保持器相串联的的脉冲传递函数为： G(z) Z 1 e Ts Ke s Kz N 1 1 e T / T 1 s 1 T 1s 1e T /T 1 z 1

可编程控制器控制系统设计方法

可编程控制器控制系统设计方法 一、问题提出 可编程控制器技术最主要是应用于自动化控制工程中，如何综合地运用前面学过知识点，根据实际工程要求合理组合成控制系统，在此介绍组成可编程控制器控制系统的一般方法。 二、可编程控制器控制系统设计的基本步骤 1 ．系统设计的主要内容 （ 1 ）拟定控制系统设计的技术条件。技术条件一般以设计任务书的形式来确定，它是整个设计的依据； （ 2 ）选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行机构； （ 3 ）选定 PLC 的型号；

（ 4 ）编制 PLC 的输入 / 输出分配表或绘制输入 / 输出端子接线图； （ 5 ）根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后再用相应的编程语言（常用梯形图）进行程序设计； （ 6 ）了解并遵循用户认知心理学，重视人机界面的设计，增强人与机器之间的友善关系； （ 7 ）设计操作台、电气柜及非标准电器元部件； （ 8 ）编写设计说明书和使用说明书； 根据具体任务，上述内容可适当调整。 2 ．系统设计的基本步骤 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤，如图 1 所示。图 1 可编程控制器应用系统设计与调试的主要步骤

（ 1 ）深入了解和分析被控对象的工艺条件和控制要求 a ．被控对象就是受控的机械、电气设备、生产线或生产过程。 b ．控制要求主要指控制的基本方式、应完成的动作、自动工作循环的组成、必要的保护和联锁等。对较复杂的控制系统，还可将控制任务分成几个独立部分，这种可化繁为简，有利于编程和调试。 （ 2 ）确定 I/O 设备 根据被控对象对 PLC 控制系统的功能要求，确定系统所需的用户输入、输出设备。常用的输入设备有按钮、选择开关、行程开关、传感器等，常用的输出设备有继电器、接触器、指示灯、电磁阀等。 （ 3 ）选择合适的 PLC 类型 根据已确定的用户 I/O 设备，统计所需的输入信号和输出信号的点数，选择合适的 PLC 类型，包括机型的选择、容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。

基于大林算法的炉温控制系统设计与仿真课程设计报告

电气工程与自动化学院 课程设计报告 （控制基础） 题目：基于大林算法的炉温控制系统设计与仿真 专业班级：自动化101班 学号：26号 学生姓名：许瑞新 指导老师：杨国亮 2012 年 12 月 21 日

摘要 在许多实际工程中 , 经常遇到一些纯滞后调节系统,往往滞后时间比较长。对于这样的系统, 人们较为感兴趣的是要求系统没有超调量或很少超调量, 超调成为主要的设计指标。尤其是具有滞后的控制系统, 用一般的随动系统设计方法是不行的, 而且 PID 算法效果往往也欠佳。在温度控制技术领域中, 普遍采用控制算PID法。但是在一些具有纯滞后环节的系统中, PID控制很难兼顾动、静两方面的性能, 而且多参数整定也很难实现最佳控制。 IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。它具有良好的效果，采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，若采用大林算法, 可做到无或者小超调,无或小稳态误差，控制效果比较理想。对工程实际应用具有很大的意义。下面就PID设计和大林算法设计比较，发现二者的不同之处，然后用Matlab的GUI功能将两者制作成可简单操作的用户图形界面。 关键词：大林算法；PID控制；GUI界面；Matlab；

目录 第一章大林算法在炉温控制中的应用 (3) 1.1大林算法简介 (3) 1.2大林算法在炉温控制中的设计思路 (3) 1.3大林算法实现炉温控制中的代码算法及波形图 (5) 第二章 PID实现炉温控制的仿真 (7) 2.1 PID的原理及介绍 (7) 2.2 PID炉温控制算法程序设计 (8) 第三章大林算法和PID实现炉温控制的SIMULINK仿真 (11) 3.1 大林算法SIMULINK仿真结构图及波形 (11) 3.2 PID的SIMULINK仿真 (12) 3.3 大林算法和PID的比较 (12) 第四章 GUI图形用户界面编程设计 (13) 4.1 GUI简介 (13) 4.2 GUI界面的建立 (13) 4.2.1编写pushButton回调函数 (17) 4.2.2仿真波形 (17) 致谢 (18) 参考文献 (19)

大林算法实验报告

实验4 大林算法工业设计和调试 实验目的： 1.认识和理解大林控制算法控制大时延系统的机理和效果。 2掌握实际控制系统的大林控制算法的设计、实现和调试方法及技术。实验内容： 1.测试系统开环阶跃响应求得被控对象的近似传递函数。 2.对被控对象近似传递函数进行等效离散化。 3.基于被控对象等效离散化模型设计大林控制算法，编写出实现程 序，将其嵌入到实验软件中。 4.将设计的大林算法投入运行，并经过调试获得预期控制性能。 5.记下大林控制算法的控制效果。 实验原理及说明： 大林算法是针对工业生产过程中含有纯滞后的被控对象所研究的控制算法，即在调节时间允许的情况下，要求系统没有超调量或只有在允许范围中的很小的超调量。大林算法的设计目标是设计一个数字调节器，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节的串联，并期望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的滞后时间相同，并且，纯滞后时间与采样周期是整数倍关系。 实验中采样周期为1秒，k=0.15，t=22秒，t1=55秒。

.大林算法中涉及的被调对象的参数： 对象是一阶惯性滞后环节， <1>对象的放大倍数Kp：Kp=△PV/△OP 阶跃比，这是开环的静态参数，与PID的放大倍数K不是一回事；

<2>对象的时间常数T：干扰阶跃引起PV变化，从变化起到稳定值约2/3处的时间值,不包括滞后时间; <3>滞后时间T2：干扰阶跃开始到PV开始变化这一段滞后时间，包括：纯滞后时间及容量过渡滞后时间; 2. 整个系统的闭环传递函数相当于是一阶惯性环节, 这是大林算法的期望环节： <1> 输入R(t)是回路的设定值SP；输出Y(t)是回路的PV值; <2> 此一阶惯性环节的放大倍数为1，即稳定时PV=SP; 最终偏差接近零; <3>此期望环节的纯滞后时间应等于被调节对象的纯滞后时间； <4>此期望环节的闭环时间常数：这是待定的期望参数，为不引起回路的小幅振荡，这个时间值应选用大于等于被调对象的时间常数， 3. 这些参数如果不精确，将引起大林算法的不稳定性,导致调节质量变坏；

大林算法控制器设计

2. Gs=e-1ss(s+1) 采样周期T＝0.5s，试用达林算法设计数字控制器D(z)。写出设计过程，对比输出与给定的效果波形，并显示控制器输出波形。解：广义对象的脉冲传递函数： Gz=Z1-e-TssGs=Z1-e-Tss e-1sss+1 =Z[e-s-e-s1+T1s2s+1] =z-21-z-1Z[1s2-1s+1s+1] =z-21-z-1[0.5z-11-z-12-11-z-1+11-e-0.5z-1] =z-30.1065(1+0.8474z-1)1-z-1(1-0.6065z-1) 根据达林算法，构成的惯性环节与滞后时间τ=1s的纯滞后环节串联而成的理想闭环系统。设Tτ=0.5s Φs=1Tτs+1e-τs=e-1s0.5s+1 它所对应的理想闭环脉冲传递函数： Φz=Z1-e-TssΦs=Z[1-e-Tss e-NTsTτs+1] =z-N-11-e-TTτ1-e-TTτz-1 因为N=τT=2， T=0.5s，Tτ=0.5s 所以：Φz=0.632z-31-0.368z-1 所求数字控制器为： Dz= Φz Gz [1- Φz] =0.632z-31-0.368z-1z-30.10651+0.8474z-11-z-11-0.6065z-1(1-0.632z-31-0.368z-1) =5.9341-z-1(1-0.6065z-1)1+0.8474z-1(1-0.368z-1-0.632z-3)在Gz中可以看到有一个零点z=-0.8474靠近z=-1，所以如果不对达林算法进行修正必会产生振铃现象，令因子(1+0.8474z-1)中的z=1即 Gz=0.1967z-31-z-1(1-0.6065z-1)

实验六-大林算法

实验六大林算法 一、实验目的 1．掌握大林算法的特点及适用范围。 2．了解大林算法中时间常数T对系统的影响。 二、实验仪器 1．EL-AT-III型计算机控制系统实验箱一台 2．PC计算机一台 三、实验内容 1．实验被控对象的构成： （1）惯性环节的仿真电路及传递函数 G(S)=-2/(T1+1) T1=0.2 （2）纯延时环节的构成与传递函数 G(s)=e-Nτ τ=采样周期 N为正整数的纯延时个数 由于纯延时环节不易用电路实现， 在软件中由计算机实现。图6－1 被控对象电路图 （3）被控对象的开环传函为： G(S)=-2e-Nτ/(T1+1) 2．大林算法的闭环传递函数： Go(s)=e-Nτ/(Ts+1) T=大林时间常数 3．大林算法的数字控制器： D(Z)=(1-eτ/T)(1-e-τ/T1Z-1)/[k(1-e-τ/T1)[1-e-τ/TZ-1-(1-e-τ/T)Z-N-1] ] 设k1=e-τ/T K2=e-τ/T1 T1=0.2 T=大林常数 K=2 (K-Kk2)Uk=(1-k1)ek-(1-k1)k2ek-1+(k-kk2)k1Uk-1+(k-kk2)(1-k1)Uk-N-1 四、实验步骤 1．启动计算机，双击桌面“计算机控制实验”快捷方式，运行软件。 2．测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。 3．量对象的模拟电路(图6-1)。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 4．在实验项目的下拉列表中选择实验六[六、大林算法], 鼠标单击按钮，弹出实

第五组-基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制

课程设计任务书

课程设计计划表

5.基于大林算法的电阻炉(二阶系统)温度控制 设计任务 带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述 ) 12)(1()(++= -s s e s G s 采样周期1=T ，期望闭环传递函数为： 1 )(+=Φ-s e s s 电阻炉的温度设定为1000o C 。 设计控制器是系统满足：调整时间s t s 80≤，超调量%10≤p σ，稳态误差C e o s 2≤。 工作要求： 1. 查找资料，描述电阻炉的基本情况； 2. 设计大林控制算法，用Simulink 实现； 3. 设计传统PID 控制器，并将二者算法进行比较； 4. 分析系统是否存在振铃现象，若存在试消除振铃； 5. 改变模型结构，考察模型扰动下系统性能变化情况； 6. 按照格式和设计内容写《计算机控制技术课程设计》和课程设计心得。

目录 第一章课题背景知识介绍 (6) 1.1摘要 (6) 1.2设计任务和要求 (6) 1.3大林算法 (7) 1.4 PID算法 (9) 第二章控制系统分析 (10) 2.1 被控对象分析 (10) 2.1.1纯滞后介绍 (10) 2.2 控制器分析 (10) 第三章控制系统的仿真 (19) 3.1 PID控制器控制下的系统仿真 (12) 3.2 大林控制算法下的系统仿真 (13) 3.3 大林控制算法和PID控制器的仿真 (14) 第四章振铃现象分析 (17) 第五章扰动下的系统性能分析 (18) 课程设计心得 (19) 参考文献 (20)

第一章系统方案 1.1摘要 电阻炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于二阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。 常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。 电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制。 在温度控制技术领域中，普通采用PID 控制算法。但是在一些具有纯滞后环节的系统中，PID 控制很难兼顾动、静两方面的性能，而且多参数整定也很难实现最佳控制。若采用大林算法，可做到无或者小超调，无或小稳态误差。 大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，是一种先设计好闭环系统的响应再反过来综合调节器的方法。设计的数字控制器（算法）使闭环系统的特性为具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。 本设计主要采用大林算法来实现炉温控制，并与PID 算法进行比较。 1.2设计任务和要求 带有纯滞后的电阻炉温度模型可由纯滞后环节与二阶系统串联描述 ) 12)(1()(++= -s s e s G s 采样周期1=T ，期望闭环传递函数为： 1 )(+=Φ-s e s s 电阻炉的温度设定为1000o C 。

基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计

合貶摩孩 Hefei Un iversity 基于大林算法的电加热炉温度控制系统设计课程名称计算机控制技术课程设计 任课教师_____________ 丁健__________________ 班级______________ 10级自动化1班 ___________ 姓名________________________________________ 学号1005072 1005072 10050720 日期________________ 2013/06/20 ____________

2010级自动化专业《计算机控制技术》课程设计任务书

任务分工：针对本次设计课题，我们明确了各自的分工，顾胜池主要负责软件程序的编写、连接和调试，黄安福主要负责各个模块硬件的仿真和调试和部分模块程序的编写，柴文峰负责报告的整理。 摘要 电加热炉在化工、冶金等行业应用广泛，因此温度控制在工业生产和科学研究中具有重要意义。其控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点，导致传统控制方式超调大、调节时间长、控制精度低。采用单片机进行炉温控制，具有电路设计简单、精度高、控制效果好等优点，对提高生产效

率、促进科技进步等方面具有重要的现实意义。 常规的温度控制方法以设定温度为临界点，超出设定允许范围即进行温度调控：低于设定值就加热，反 之就停止或降温。这种方法实现简单、成本低，但控制效果不理想，控制温度精度不高、容易引起震荡，达到稳定点的时间也长，因此，只能用在精度要求不高的场合。 电加热炉是典型的工业过程控制对象，在我国应用广泛。电加热炉的温度控制具有升温单向性，大惯性，大滞后，时变性等特点。其升温、保温是依靠电阻丝加热，降温则是依靠环境自然冷却。当其温度一旦超调就无法用控制手段使其降温，因而很难用数学方法建立精确的模型和确定参数，应用传统的控制理论和方法难以达到理想的控制效果。本设计采用大林算法进行温度控制，使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节相串联来实现温度的较为精确的控制。 关键词:单片机；A/D、D/A ;达林算法；传感器；炉温控制 、绪论..................................................................................................................... 6 ................. 1.1系统设计背景.............................................................. 6 ................ 1.2技术综述 ................................................................. 6 ................

课程设计-大林算法控制系统设计

课程设计-大林算法控制系统设计

扬州大学能源与动力工程学院课程设计报告 题目：大林算法控制系统设计 课程：计算机控制技术课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级： 姓名： 学号：

第一部分 任 务 书

《计算机控制技术》课程设计任务书 一、课题名称 大林算法控制系统设计 二、课程设计目的 课程设计是课程教学中的一项重要内容，是达到教学目标的重要环节，是综合性较强的实践教学环节，它对帮助学生全面牢固地掌握课堂教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。 《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强的课程，课程设计环节应占有更加重要的地位。计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面的知识融合。通过课程设计，加深对学生控制算法设计的认识，学会控制算法的实际应用，使学生从整体上了解计算机控制系统的实际组成，掌握计算机控制系统的整体设计方法和设计步骤，编程调试，为从事计算机控制系统的理论设计和系统的调试工作打下基础。 三、课程设计内容 设计以89C51单片机和ADC、DAC等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机单闭环反馈控制系统。

1. 硬件电路设计：89C51最小系统加上模入电路（用ADC0809等）和模出电路（用TLC7528和运放等）；由运放实现的被控对象。 2. 控制算法：大林控制算法。 3. 软件设计：主程序、中断程序、A/D 转换程序、滤波程序、大林算法控制程序、D/A 输出程序等。 四、课程设计要求 1. 模入电路能接受双极性电压输入（-5V~+5V ），模出电路能输出双极性电压（-5V~+5V ）。 2. 模入电路用两个通道分别采集被控对象的输出和给定信号。 3. 每个同学选择不同的被控对象： 5 10 0.5 1.5(), ()(1)(0.81) (1)(0.41) s s G s e G s e s s s s --= = ++++8 8 10.5(), ()(0.81)(0.41)(0.41)(0.51) s s G s e G s e s s s s --==++++5 8 1.52(), ()(1)(0.21) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++ 5 5 12(), ()(0.81)(0.31) (0.81)(0.21) s s G s e G s e s s s s --= = ++++ 4. 对象的纯延迟环节s e τ-用软件通过数组单元移位实现。