对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计
针对一阶惯性加纯滞后过程的广义预测控制算法研究
b
是均值为零的随机噪声序列; z- 1 为后移算子 ; $ =
- 1 - 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ- 1
为 z- 1 的多项式。
f = H $u ( k) + Fy ( k)
+ + + cnc z
- 1
- n
z( G2 - z- 1 g 1 - g 0 ) s ( GP - z
- P+ 1
c
=
为了简单起见, 一般假设 C( z ) = 1 , 这样被 控对象的模型为 A( z ) y( k) = B( z ) u( k - 1) + e( k) / $ ( 1) 引入 Diophant ine 方程 1 = A( z ) $E j ( z ) + z F j ( z ) 式中 E j ( z ) = 1 + e 1 z + + + ej- 1 z F j ( z ) = f j , 0 + f j, 1 z + + + f
JWS- 6/ 3- 4 型过程控制装置为对象 , 以液位为被控变量 , 实现了单步预测控制。实验表明系统控制精度高, 取得了实际误差小 于 5 mm 的控制效果 , 运行稳定 , 具有一定的实用性和推广性。
关键词 : 广义预测控制 ; 可编程控制器 ; 液位控制 中图分类号 : T P273 文献标识码 : A 文章编号 : 1007- 7324( 2007) 05- 0040- 04
( 5)
用 E j ( z ) $ 乘以式( 1) , 结合式 ( 2) 化简得 y( k + j ) = F j ( z- 1 ) y( k) + E j ( z - 1 ) B( z- 1 ) $u( k+ j - 1) + E j ( z- 1 ) e( k+ j ) 因此 , E j ( z - 1 ) e( k+ j ) 为从 k 时刻计起的未 来噪声 , 忽略未来噪声的影响, 可以得到以 k 为基 点的未来 j 步的最优输出预测值为 y p ( k+ j ) = F j ( z ) y( k) + Gj ( z ) $u ( k+ j - 1) ( j = 1, + , P ) 式中 Gj ( z ) = E j ( z ) B( z ) = B( z- 1 ) - j - 1 [ 1- z F j ( z ) ] = A( z - 1 ) $ g j, 0 + g j, 1 z- 1 + + + g j ,
具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计介绍
5.1 系统仿真 ................................................... 24 5.2 抗干扰性能分析.............................................. 25 5.3 元件清单 ................................................... 27 第六部分 心得体会 ................................................. 28 参考文献.......................................................... 29 附程序 ........................................................... 30
具体内容： 1） 自己给出系统的闭环传递函数的表达式 2） 自己设定系统性能指标 3） 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图 4） 硬件布线连接图转化为系统结构图 5） 选择一种控制算法 6） 软件工程知识编写程序流程图 7） 在 MATLAB 下进行编程和仿真，给出单位阶跃函数的输出结
果表 8） 进行系统的可靠性和抗干扰性的分析
第三部分 电路设计 ................................................. 19 3.1 器件选型 ................................................... 19 3.1.1 控制芯片的选择 ........................................ 19 3.1.3 A/D 转换器的选择....................................... 19 3.1.4 D/A 转换器的选择....................................... 20 3.2 温度检测电路与整形放大滤波电路 ............................... 20 3.3 A/D 转换电路 ............................................... 21 3.4 D/A 转换电路 ............................................... 21 3.5 数码管显示电路.............................................. 22
变频恒压供水系统PID控制器的参数整定
变频恒压供水系统PID控制器的参数整定林惠标【摘要】为了设计控制性能更好的变频恒压供水系统，分析并建立具有纯时滞一阶惯性环节的系统数学模型；使用MATLAB/Simulink PID整定工具求解变频恒压供水系统PID控制器的参数整定问题，优化设计变频恒压供水系统的PID控制器，这种方法不仅起到优化设计变频恒压供水系统的目的，而且自动化设计程度更高，很大程度上减少了控制器设计的工作量。
%In order to design a water supply system with stability and reliability, A frequency-conversion speed-regulation constant pressure water supply system is studied and analyzed in this paper.A mathematical model of system is established to obtain a pure hysteresis and one order inertia model. MATLAB/Simulink PID tuning tool is launched to achievePID parameters forfrequency-conversion speed-regulation constant pressure water supply system. The method can not only optimize the design of a reliability and stability system, but also reduce the workload of controller designed.【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P36-39)【关键词】PID参数整定;变频调速;优化设计【作者】林惠标【作者单位】汕头职业技术学院机电工程系，广东汕头 515078【正文语种】中文【中图分类】TP29*汕头职业技术学院科研课题（编号：SZK2012C01）经济社会的迅速发展，人们开始提倡低碳经济发展，对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高；节能要求越来越高。
计算机控制技术课程设计-电阻炉温度控制系统设计
合肥工业大学《计算机控制技术》课程设计——电阻炉温度控制系统设计学院专业姓名学号＿_＿__＿_ _＿＿＿____ ＿完成时间摘要:电阻炉的类型根据其热量产生的方式不同，可分为间接加热式和直接加热式两大类。
间接加热式电阻炉,就是在炉子内部有专用的电阻材料制作的加热元件,电流通过加热元件时产生热量,再通过热的传导、对流、辐射而使放置在炉中的炉料被加热。
直接加热式电阻炉,是将电源直接接在所需加热的材料上,让强大的电流直接流过所需加热的材料，使材料本身发热从而达到加热的效果。
工业电阻炉,大部分采用间接加热式，只有一小部分采用直接加热式。
由于电阻炉具有热效率高、热量损失小、加热方式简单、温度场分布均匀、环保等优点，应用十分广泛.关键词:炉温控制；高效率;加热一、总体方案设计本次课程设计主要就是使用计算机以及相应的部件组成电阻炉炉温的自动控制系统，从而使系统达到工艺要求的性能指标。
１、设计内容及要求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8KW，有220Ｖ交流电源供电,采用双向可控硅进行控制。
２、工艺要求及要求实现的基本功能本系统中所选用的加热炉为间接加热式电阻炉，控制要求为采用一台主机控制8个同样规格的电阻炉温度;电炉额定功率为20 kＷ；)恒温正常工作温度为１000℃,控温精度为±１%;电阻炉温度按预定的规律变化,超调量应尽可能小，且具有良好的稳定性;具有温度、曲线自动显示和打印功能，显示精度为±１℃;具有报警、参数设定、温度曲线修改设置等功能。
3、控制系统整体设计电阻炉温度计算机控制系统主要由主机、温度检测装置、A/D转换器、执行机构及辅助电路组成.系统中主机可以选用工业控制计算机、单片微型计算机或可编程序控制器中的一种作为控制器,再根据系统控制要求,选择一种合理的控制算法对电阻炉温度进行控制。
一阶纯滞后环节表达式_理论说明
一阶纯滞后环节表达式理论说明1. 引言1.1 概述在控制理论和系统分析中，纯滞后环节是一种重要的数学模型。
纯滞后环节可以用来描述实际系统中存在的延时响应特性，尤其是在工程控制中具有广泛的应用。
本文将详细介绍一阶纯滞后环节的数学表达式、特点以及其在系统控制领域中的应用。
1.2 文章结构本文主要包括五个部分，首先是引言部分，对文章进行概述和结构说明；第二部分将详细探讨一阶纯滞后环节的理论说明，包括定义、数学表达式以及其特点和应用；第三部分将进行理论验证与实例分析，介绍实验设备与方法，并对收集到的数据进行处理和分析；第四部分将对结果进行讨论与分析，比较不同参数和输入信号对滞后响应的影响，并探讨纯滞后环节模型在系统控制中的应用前景；最后一部分为结论与展望，总结研究工作并提出未来研究方向建议。
1.3 目的本文旨在深入理解一阶纯滞后环节，在数学上准确描述其特性和行为，并探讨其在实际系统中的应用。
通过理论验证与实例分析，旨在验证和进一步加深对纯滞后环节的认识。
最终，本文将为系统控制领域提供关于一阶纯滞后环节的理论基础和应用前景的参考依据。
2. 一阶纯滞后环节表达式的理论说明：2.1 什么是一阶纯滞后环节一阶纯滞后环节是控制系统中常见的一种动态特性，它是指输出信号与输入信号之间存在固定时间延迟和衰减比例的关系。
在一个典型的一阶纯滞后环节中，输出信号会滞后于输入信号，并以指数衰减的形式逐渐趋近于输入信号。
2.2 纯滞后环节的数学表达式对于一个一阶纯滞后环节，其数学表达式可以表示为：G(s) = e^(-τs)其中，G(s)表示该纯滞后环节的传递函数，s为复平面上的复变量，τ为时间常数。
2.3 纯滞后环节的特点与应用纯滞后环节具有以下几个特点和应用：a) 时间延迟：由于纯滞后环节的存在，在输入信号发生改变时，输出信号会有一定的延迟。
这种时间延迟效应在实际控制系统中具有很大影响，在某些需要考虑时序关系和稳定性要求较高的控制任务中起到重要作用。
具有一阶纯滞后环节设计
目录第一部分设计任务及方案1、设计题目及要求2、设计方案分析论证第二部分方案各模块分析1、被控对象分析2、测量元件热电阻及前置放大电路3、A/D转换器4、控制器（单片机）5、光隔驱动器第三部分数字控制器D(Z)的设计1、数字控制器D(Z)2、程序流程图设计第四部分可靠性和抗干扰性的分析第五部分心得体会一、 设计任务及方案1.1 设计题目及要求1、针对一个具有大纯时延时间的一阶惯性环节(()/(1)s G s Ke Ts θ-=+)温度控制系统和给定的系统性能指标(工程要求相角裕度为30～60，幅值裕度>6dB);要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃；2、书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图；3、选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图；4、用MA TLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证； 对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rand(1),考虑θ=0或T/2两种情况。
C 为学号的后3位数，如C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912。
5、进行可靠性和抗干扰性的分析。
1.2 设计方案分析论证从设计要求分析，我们设计一个基于单片机的温度自动控制系统即可达到设计要求。
整个系统以单片机（控制器）为核心，选用光隔驱动器驱动电热丝加热，由热电阻PT100检测然后经过前置放大电路输入A/D 转换器，控制器。
以此构成闭环控制系统，温度能根据设定值自动调节。
图1 方案总体框图二、方案各模块分析2.1 被控对象分析大纯时延时间的一阶惯性环节(()/(1)s G s Ke Ts θ-=+)对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rang(1), 考虑θ=0或T/2两种情况C 为学号的后3位数，如C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912现取C=359，由MATLAB 计算得： c=359;K=10*log(c*c-sqrt(c)) rand('state',c); T=rand(1)>> K =117.6650 T =0.0510θ=0或0.0255所以G(s)=1051.07.1170255.0+-s e s 或1051.07.117+s2.2 测量元件（热电阻）电路及前置放大电路2.2.1 测量元件选型测量元件选用热电阻，热电阻温度计是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。
计算机控制技术课程设计--具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计
《计算机控制技术》课程设计具有纯滞后一阶惯性系统的计算机控制系统设计班级：姓名：学号：指导老师：日期：目录一、设计任务 (1)1.1 题目 (1)1.2内容与要求 (1)二、设计思想与方案 (2)2.1控制策略的选择 (2)2.2 硬件设计思路与方案 (2)2.3 软件设计思路与方案 (3)三、硬件电路设计 (3)3.1温度传感器输出端与ADC的连接 (3)3.2 ADC与单片机8051的连接 (4)3.3 单片机8051与DAC的连接 (4)3.4 整机电路 (5)四、系统框图 (7)五、程序流程图 (8)5.1 主程序流程图 (8)5.2 子程序流程图 (9)六、数字调节器的求解 (11)6.1 基本参数的计算 (11)七、系统的仿真与分析 (13)7.1 θ=0时系统的仿真与分析 (13)7.2 θ=0时系统的可靠性与抗干扰性分析 (14)7.2 θ=0.4461时系统的仿真与分析 (16)7.3 θ=0.4461时系统的可靠性与抗干扰性分析 (17)八、设计总结与心得体会 (20)参考资料 (21)一、 设计任务一、题目设计1. 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节()1sKe G s Ts τ-=+的温度控制系统和给定的系统性能指标：✧ 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB✧ 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃2. 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图 具体要求：✧ 温度传感器、执行机构的选型✧ 微型计算机的选型（MCS51、A VR 等等）✧ 温度传感器和单片机的接口电路✧ 其它扩展接口电路（主要是输入输出通道）✧ 利用Protel 绘制原理图，制作PCB 电路板（给出PCB 图）3. 软件部分：✧ 选择一种控制算法（最少拍无波纹或Dalin 算法）设计出控制器（被控对象由第4步中的参数确定），给出控制量的迭代算法，并借助软件工程知识编写程序流程图✧ 写出主要的单片机程序4. 用MATLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C), T=rand(1)考虑θ=0或T/2两种情况，即有延时和延时半个采样周期的情况。
大林控制算法实验报告
一、实验目的1. 理解大林控制算法的基本原理及其设计过程。
2. 掌握大林控制算法在计算机控制系统中的应用。
3. 通过实验验证大林控制算法在解决纯滞后系统控制问题上的有效性。
二、实验原理大林控制算法（Dahlin Control Algorithm）是一种针对具有纯滞后特性的控制对象而设计的新型控制算法。
该算法的核心思想是将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟形式，然后通过反向设计得到满足这种闭环响应的控制器。
对于具有纯滞后特性的被控对象，其传递函数可以表示为：\[ G(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]其中，\( K \) 为系统增益，\( T_s \) 为采样周期，\( T \) 为纯滞后时间。
大林控制算法要求选择闭环传递函数 \( W(s) \) 时，采用相当于连续一阶惯性环节的 \( W(s) \) 来代替最少拍多项式。
如果对象有纯滞后，则 \( W(s) \) 应包含有同样的纯滞后环节。
带有纯滞后的控制系统闭环传递函数为：\[ W(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]根据大林控制算法，可以设计出满足期望闭环响应的数字控制器 \( D(z) \)：\[ D(z) = \frac{K_1 e^{-\frac{1}{T}}}{(1 - e^{-\frac{1}{T_1}}) (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})} \cdot \frac{1}{[1 - e^{-\frac{1}{T_1}} (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})] (1 - e^{-\frac{1}{T} z^{-1}})} \]其中，\( K_1 \)、\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 为大林算法的参数。
三、实验仪器1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 启动MATLAB软件，创建一个新的脚本文件。
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2) 计算机对所采集的数据 e(kT)进行处理，即依给定的控制规律（数字控制 器）确定该 kT 采样时刻的数字控制量 u(kT)。这一过程称为实时决策。
3) 将 kT 采样时刻决策给出的数字控制量 u(kT)转换为 kT 时刻生效的模拟控 制量 u(t)控制被控对象。这一过程称为实时控制。
2、硬件结构图
计算机控制技术综合设计实验报告
学生姓名：
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对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计
学 号： 指导教师： 实验地点： 实验名称： 加热炉系统温度控制器设计
目录
一、设计题目及要求....................................................................................................................... 4 二、设计方案与结构图................................................................................................................... 4
图中 R5,R6,R7,R8 和 R2 构成电桥电路，其中 R2 起的作用是，在传感器变化为零
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对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计
时，调节
R2
使电桥平衡，输出为零。假设
R5=R6=R7=R8=R，电桥输出UO
R U 4R
。
2、放大环节
由于电桥输出的信号十分微弱，所以放大电路采用义用放大电路对信号进行 放大，电路图如下：
3、 选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图；
4、 用 MATLAB 和 SIMULINK 进行仿真分析和验证;
对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state’,C),T=rang(1),
考虑θ=0 或 T/2 两种情况。
C 为学号的后 3 位数，如 C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0 或 0.4912
而该系统采用闭环控制，具有自动调节的能力，将温度控制在一定的范围内， 由于单片机强大的算术运算和逻辑运算功能，使得高精度高性能的调节方案可以 通过软件实现，并且具有良好扩展性(例如功能扩展)，故本系统理论上可以实现 良好的控制效果并尽可能地智能化。
三、 电路硬件设计
1、 电桥电路
电桥电路是用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流。分直 流电桥和交流电桥，交流电桥主要用于测量电容式传感器和电感式传感器的电容 和电感的变化，直流电桥主要用于电阻式传感器。我们这里是用热敏电阻来测量 温度的变化，所以先用直流电桥。而电桥可以分为单臂电桥，半桥差动和全桥差 动。全桥差动和板桥差动虽然输出信号对电源的影响减小，但增加传感器的个数， 为了节约成本，可选择单臂电桥。电桥电路如下：
5、 进行可靠性和抗干扰性的分析。
二、设计方案与结构图
1、计算机控制系统结构图
w(t) + e(t) e(kT)
器
被控过程
-
T
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对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计
其控制过程可描述如下：
1) 只有在采样开关闭合（即采样）的 kT 时刻，才对系统误差 e(t)的瞬时值 进行检测，也就是将整量化了的数字量 e(kT)输入给计算机（数字控制器）。 这一过程称为实时采集。
其中义用放大电路的放大倍数为： u0
(1
2R1 ) R2
Rf R
(ui2
ui1)
如上图所示的放大位数为 79.5 倍。由于放大信号很微弱，而且电桥输出电阻较 高，所以义用放大电路的运算放大器要求输入电阻很高，这里可采用场效应管组 成的输入电路 T1084。
3、滤波电路
为减少或消除外界干扰，而且温度变化的频率很慢，所以我们使用幅频特性较好 的二阶有源低通滤波电路，电路图如下：
现采用最少拍设计方法设计该对象的控制器采样时间ts选择ts0374s所为最少拍系统或最少调整时间系统是指对下图所示的随动系统在给定某种典型输入条件下设计一个控制规律dz使闭环系统具有最快的响应速度也就是能在最少个采样周期时间内准确跟踪输入给定值即达到无静差的稳定状态
对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计
中央民族大学信息工程学院
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对具有纯滞后的一阶惯性环节的设计
1、 0时数字调节器 D（z）的实现...............................................................................10
a、无控制作用下系统伯德图 ....................................................................................... 10 b、最少拍下调节器函数 ............................................................................................... 12 C、最少拍下系统伯德图 ............................................................................................... 14 d、单位阶跃响应下系统输出 ....................................................................................... 15 e、施加阶跃干扰信号 ................................................................................................... 17 f、施加随机信号影响.................................................................................................... 19
2、 T / 2 0.374 时数字调节器 D（z）的实现 ..........................................................20
a、无控制作用下系统伯德图 ....................................................................................... 20 b、达林算法下调节器函数 ........................................................................................... 23 C、达林算法下系统伯德图（未加增益） ................................................................... 25 d、达林算法下系统伯德图（加增益） ....................................................................... 26 e、单位阶跃响应下系统输出 ....................................................................................... 28 f、施加阶跃干扰信号.................................................................................................... 29 g、施加随机信号影响 ................................................................................................... 30 五、心得与体会 ............................................................................................................................32