计算机控制技术大作业
计算机控制技术仿真实验
第 1 页
1.实验目的与原理
1.1实验目的
（1)熟悉和了解MPC控制的原理和过程，掌握用Simulink对MPC控制的仿真过程。
（2)熟悉和了解MPC－PID串级控制的原理，并用Simulink仿真
1.2实验原理
（1)MPC
模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)亦称预测控制，是一种基于模型的先进控制技术，该算法直接产生于工业过程控制的实际应用,并在与工业应用的紧密结合中不断完善和成熟。
模型预测控制对模型精度要求不高，同时却具有较高的控制性能。
模型预测控制是一种十分有效的优化控制策略，它弥补了现代控制理论解决复杂对象控制问题时无法避免的不足之处。
MPC包括三个主要方面，预测模型、滚动优化和反馈校正。
预测模型是指一类能够显式的拟合被控系统的特性的动态模型。
滚动优化是指在每个采样周期都基于系统的当前状态及预测模型，按照给定的有限时域目标函数优化过程性能，找出最优控制序列，并将该序列的第一个元素施加给被控对象。
反馈校正用于补偿模型预测误差和其他扰动。
（2)PID
PID 控制是一种经典控制算法，该算法无需获取对象模型，计算量小，能及时克服各种干扰的影响。
但是，对于大惯性、大纯迟延的工业对象，采用常规的PID 控制很难取得理想的控制品质综上，MPC的优点是可以补偿时滞，但响应慢是其缺点；而PID的优点是响应快，可以补偿（未知起因）误差，缺点也显而易见：无法补偿时滞。
为了达到更好的控制效果，可以采用MPC-PID串级控制系统。
PID作为内环，反应迅速，而MPC作为外环，对时滞进行补偿。
整个系统框图如图1.1。
图1.1控制系统框图
第 2 页
第 3 页
2. 实验过程
（1) 单独的MPC 过程
在Simulink 中搭建的仿真系统如图2.1所示，只采用MPC 控制器，对象有两个。
为了作区分，将时间常数小的作为“内环”，时间常数大的作为“外环”。
由于只是单回路，不存在两个环，此处区分只是为了和后面的MPC-PID 串级控制进行对比。
在有阶跃扰动的情况下控制器输出和系统输出分别是图2.2和2.3。
图
2.1 MPC
控制系统
图2.2 控制器输出曲线
图2.3 系统输出响应曲线
可以看到，整个系统控制效果并不好，为了达到更好的控制效果，加入PID控制器，作为内环，而外环为MPC控制器。
整个系统框图如图2.4。
比例增益为30，微分增益为15，由于需要快速响应，故将积分环节取消。
系统响应曲线如图2.5。
（2)
MPC-PID串级控制
第 4 页
图2.5 系统输出响应曲线
可以看到，在有阶跃扰动的情况下，MPC-PID的控制效果比单独的MPC控制好了很多，响应迅速且超调较小。
由此可见MPC-PID能更加有效地控制系统。
当系统存在时延及其他扰动（如正弦信号）时，系统的输出如图 2.6所示，可以看到，系统虽然超调增加，但整体还是稳定的，可以串级控制的效果很好。
认为MPC-PID
第 5 页
3.结论
模型预测控制（MPC）可以应用于大时间常数，滞后环节的系统。
通过实验可以看到，尽管MPC可以有效控制系统达到设定值，但响应速度比较慢，同时，系统需要较多的拍数才能达到稳定的状态。
除此之外，MPC虽然在模型失配的情况下依然能够工作，但是并不能适用于任何模型。
当模型辨识出现较大偏差时，MPC不能对系统进行控制。
而PID调节器特点是不需要模型的建立，直接控制输入与输出的关系，同时可以起到快速调节的作用。
而且，在控制系统发展的过程中，人们已经积累了大量PID参数整定的经验，三个参数的调节也可以很快完成。
MPC-PID串级调节有效结合了两者的优点。
MPC控制器的输出作为PID调节器的给定值。
由PID控制器来快速将系统输出调整到MPC设计的设定值。
由于MPC可以很好地控制滞后环节，这一点符合实际工业现场的需求，故MPC-PID串级调节系统可以应对实际情况，而PID控制器的加入加快了系统的响应过程。
从实验结果来看，MPC-PID串级调整系统的控制效果远胜于单独使用MPC控制的效果。
超调量更小，同时又较短的动态响应过程，对于扰动的抑制也有非常好的效果。
第 6 页。
计算机控制技术大作业2
宁波大学答题纸（2012 —2013 学年第2 学期）课号：课程名称：计算机控制技术改卷教师：史旭华学号：116040069 姓名：覃坤勇得分：大作业（二）下图为氧化炉对象，工艺要求氧化炉内的反应温度恒定，一般通过氧化炉的氨气和氧气比恒定来实现，但氨管压力波动会影响氨气流量变化，空气含氧量会随环境发生变化。
被控量为氧化炉温度，调节量为氨气管道阀门1、确定被控对象，输出量和控制参数2、给出对象模型的建立方法3、如对象具有一阶惯性和纯滞后，给出合适的控制方案4、给出MATLAB下的最少拍和PID控制的对比效果答：（1）被控对象：氧化炉；输出量：氧化炉内温度；控制参数：氨空比；（2）对象模型的建立方法为：首先视整个氧化炉系统为一个“黑箱子”，先给定一个阶跃的输入函数，测量出其输出的响应曲线，然后观察其响应曲线，确定其超调量，调节时间等参数，可以按照我们已知的数学模型拟合出我们所需要的数学模型。
而且在确定其控制对象后，控制方法的参数可以用扩充临界比例法和扩充响应曲线法调整。
而扩充临界比例法需要系统闭环运行，而且要将比例系数调整到使得系统产生等幅振荡，在这个场合是不允许的；而扩充响应曲线法不需要系统闭环运行，只需在开环状态下测定系统的阶跃响应曲线。
为此，在实际应用时，可以使用扩充响应曲线法整定参数。
（3）方案分析与选择：控制算法效果模拟化数字PID控制控制复杂且效果不一定好，当θ/Tm（最大时间常数）0.5时，采用常规PID控制难以得到良好的控制Smith纯滞后补偿控制将模型加入到反馈控制系统中，有延迟的一部分用于抵消被延迟了θ的被控量，无延迟部分反映到调节器，让调节器提前动作，从而可明显地减少超调量和加快调节过程。
但是该方式对系统受到的负荷干扰无补偿作用，且控制效果严重依赖于对象的动态模型精度，特别是纯滞后时间达林算法针对多数工业过程具有纯滞后特性，解决θ/Tm0.5时常规PID控制的难题，能使被控对象输出没有超调量或超调量很小由于被控对象具有纯延时特性，导致控制系统的稳定性降低，过渡过程变坏，采用常规PID算法难以获得良好的系统性能，而Smith纯滞后补偿控制法对于对象的动态模型精度依赖严重，因此使用达林算法。
计算机控制技术复习大作业及答案
《计算机控制技术》复习大作业及参考答案一、选择题（共20 题）1.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（ A ）转换。
A．A/D 转换器 B ．双向可控硅C. D/A转换器D .光电隔离器2.若系统欲将一个D/A 转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（D ）器件完成控制量的切换工作。
A.锁存器锁存B .多路开关C．A/D 转换器转换 D ．反多路开关3.某控制系统中，希望快速采样，保持器的保持电容CHEW （A ）0A．比较小 B ．比较大 C ．取零值 D ．取负值4.在LED显示系统中，若采用共阳极显示器，则将段选模型送至（B ）。
A．阳极 B ．阴极C.阴极或阳极D .先送阴极再送阳极5.电机控制意味着对其转向和转速的控制，微型机控制系统的作法是通过（B ）实现的。
A.改变定子的通电方向和通电占空比B.改变转子的通电方向和通电占空比C.改变定子的通电电压幅值D.改变转子的通电电压幅值6.计算机监督系统（SCC中，SCC^算机的彳^用是（B ）A.接收测量值和管理命令并提供给DD计算机B.按照一定的数学模型计算给定植并提供给DD计算机C.当DDC#算机出现故障时，SCC^算机也无法工作D. SCC^算机与控制无关7.键盘锁定技术可以通过（ C ）实现。
A.设置标志位B.控制键值锁存器的选通信号C. A和B都行D.定时读键值8.RS-232-C 串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C ）。
A．0．3 伏以下 B ．0．7 伏以上C．-3 伏以下 D ．+3伏以上9.在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号，（D ）提高信/躁比。
A.只能通过模拟滤波电路B.只能通过数字滤波程序C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路10．步进电机常被用于准确定位系统，在下列说法中错误的是（ B ）。
A.步进电机可以直接接受数字量B.步进电机可以直接接受模拟量C.步进电机可实现转角和直线定位D.步进电机可实现顺时针、逆时针转动11.在实际应用中，PID调节可根据实际情况调整结构，但不能（D ）。
计算机控制技术大作业
宝鸡文理学院课程设计设计题目：基于MATLAB的电炉温度控制算法比较及仿真研究系别：电子电气工程系班级：09电气工程及其自动化（1）班学号：200995014017姓名：李鑫指导教师：梁绒香目录课程设计0一.研究对象分析说明2二、各种算法分析31.PID算法的设计及分析3（1）算法简介3（2）数字PID的控制算法。
3基于MA TLAB仿真被控对象62.S MITH预估控制算法设计的及分析8(1)算法简介8(2)采用M A TLAB系统仿真103、达林算法的设计及分析12(1)、达林算法介绍12(2)、基于MA TLAB仿真被控对象13三、大林算法、PID算法、SMITH预估控制算法三种算法比较16四、参考文献17一.研究对象分析说明电阻炉是一种利用电流通过电热元件产生的热量加热工件的热处理设备，具有结构简单、操作简便及价格低廉等特点，广泛用于冶金、化工、机械、火工及食品等行业中，但都需对温度进行精确的控制。
计算机测控技术的出现，使得传统的电子测量在原理、功能、精度和自动化程度上发生了巨大的变化，使科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
温度控制的关键在于测温和控温两个方面。
温度测量是温度控制的基础，这方面的技术比较成熟。
本作业从PID 算法、Smith 预估控制算法、达林算法等三种不同的算法作为对比研究。
并基于Matlab 进行仿真研究。
要求：设某电炉控制算法模型为31()110s W s e S-=+对其控制算法进行研究并运用MATLAB 编程。
该系统的被控对象为电炉，采用热阻丝加热，利用大功率可控硅控制器控制热阻丝两端所加的电压大小，来改变流经热阻丝的电流，从而改变电炉炉内的温度。
电炉温度0~~500℃，超调量p σ≤10℅；静态误差v e ≤2℃。
二、各种算法分析1.PID算法的设计及分析（1）算法简介在过程控制中，按偏差量的比例（p）、积分（I）和微分（D）进行的PID控制器是应用最广泛的控制器。
计算机控制技术作业1
B.正确
7.31．DAC0832是12位D/A转换芯片。
A.错误
B.正确
8.30．微机中断系统包含内部中断和外部中断。
A.错误
B.正确
9.47．在信号电路中加装滤波器可抑制串模干扰。
A.错误
B.正确
10.35．异步串行通信中加入奇偶校验位具有纠错功能。
A.错误
B.正确
18.26．在三种基本I/O同步控制方式中，从数据传输速度而言，以DMA方式最好，中断控制次之，程序查询方式最差。
A.错误
B.正确
19.40．一个输入接口中必须要有缓冲器。
A.错误
B.正确
20.42．微处理器中的运算器主要用于完成各种算术运算。
A.错误
B.42H
C.61H
D.62H
3.19．十进制数81在计算机中的二进制补码表示为（ ）。
A.1010000B
B.1010001B
C.1010010B
D.1001001B
4.12．计算机控制系统包括硬件和软件，以下不属于硬件系统的是（ ）。
A.接口电路
B.系统程序
C.被控设备
B.正确
21.采样保持器的作用是在A/D进行转换期间，保持输入模拟量的大小不变。
A.错误
B.正确
22.39．在计算机中，CPU与DMA控制器都可以作为总线控制器件。
A.错误
B.正确
23.41．在计算机控制系统中为了实现控制目标，不能采用模拟化设计方法，只能采用离散化设计方法来设计控制器。
B.片总线、内总线、外总线
C.片内总线、内总线、外总线
《计算机控制技术》作业2022
《计算机控制技术》作业作业要求：1、所有同学将作业写在16K作业本上；2、必须抄写题号和题目，每道题之间需空2行；每次作业必须另起1页。
3、作业必须按指定页码完整抄写，不能简化、漏写；字体须端正，图形要规范！4、作业在课程结束时由学习委员统一上交。
5、不写、漏写或找人替写者，作业成绩记0分，并视为学习态度不端正。
作业一计算机控制技术概述1、什么是检测系统？什么是控制系统？什么是测控系统？什么是计算机控制？要求：从P 1“人类在工程实践过程中，，需要采取各种方法获得….”开始，到P 2“...驱动执行装置（如调节阀、电动机）动作，从而完成相应的控制任务。
”结束。
2、以一个计算机温度控制系统为例说明计算机控制系统的工作原理（画图说明）。
要求：从P 2“下面以一个计算机温度控制系统来简要地说明计算机控制系统的工作原理，图1-2为系统组成示意图。
….”开始，到P 3“...操作人员可以利用计算机的键盘和鼠标输入炉温的设定值，由此实现计算机监控的目的。
”结束3、计算机控制系统的工作过程可分解为哪四步？要求：从P3 “上述计算机温度控制系统对生产过程实现自动控制可以分解为以下4个步骤….”开始，到P3 “... 以上这4个过程是周而复始的。
”结束4、描述计算机控制系统的组成（画图说明）。
要求：从P4“计算机控制系统是由硬件和软件两部分组成的。
….”开始，到P 4“... 计算机控制系统组成如图1-4所示。
”结束5、计算机控制系统的硬件由哪几部分组成（画图说明）？各部分的作用是什么？要求：从P 4“硬件是计算机控制系统的躯体，是完成控制任务的物质基础，….”开始，到P6 “... 因此，各级计算机之间必须通过网络通信接口及时地交换信息。
”结束作业二计算机控制系统的接口与总线技术1、什么是总线？它有什么作用和特点？要求：从P94 “总线是一组信号线的集合，是一种在各模块间传送信息的公共通道。
….”开始，到P95 “... ，它可以把计算机或控制系统的模板或各种设备连成一个整体以便彼此间进行信息交换。
计算机控制技术期末作业
1、画出典型计算机控制系统的基本框图，说明计算机控制系统的工作原理。
2、谈谈光电耦合器的结构、作用、用法。
3、给出计算机控制系统模入通道的典型组成结构，说明各部分作用。
4、设计DAC0832双极性输出电路，输出范围为（－5V～＋5V）。
要求推导出输出电压计算公式，并指出基准参考电压Vref取什么电压值？
5、在模拟量输入中，信号调理电路是和之间的桥梁；在模拟量输出通道中，信号调理电路是和的桥梁。
6、D/A变换器的精度主要由线性误差、偏置误差和的大小决定的。
7、说明固态继电器（SSR）中光电耦合器、零交叉电路的作用？在下面的电路图中，若使交流回路接通，I/O接口电路应输出高电平还是低电平？。
计算机控制系统大作业
《计算机控制系统》大作业一、简答题(共50分)1、试给出计算机闭环控制系统结构框图，并给出其运行的三个步骤。
（10分）2、简述计算机控制系统的特点。
（10分）3、分别给出位置式和增量式数字PID控制算法的表达式，并说明增量式PID控制算法的优点？（10分）4、什么是积分饱和现象？试列举两种抗积分饱和的方法。
（8分）5、试列举五种现场总线协议，并简述FCS 与DCS 的区别。
（12分）二、计算题（共30分）1、已知某离散系统的齐次差分方程为() 1.368(1)0.368(2)0.368()0.264(1)y k y k y k u k u k --+-=+-试求其对应的脉冲传递函数，并判断该系统的稳定性。
(15分)2、设被控对象的传递函数为()()12+=s s s G p在被控对象前接有零阶保持器，试求出广义对象的脉冲传递函数。
（15分）三、编程题（共20分）考虑如下的被控对象()224010p G s s s =++ PID 控制器试选择合适的PID 参数并编写计算机程序给出合理的闭环控制曲线。
解：1、首先，进行PID 参数整定。
利用试凑法，最终可取K p =40；K i =10；K d =0。
此处给出利用MATLAB 的simulink 仿真验证的系统图和被控量输出波形，如图3-1和图3-2所示。
图3-1 系统图的simulink 仿真()i p d K C s K K s s =++图3-2 被控量输出波形2、利用MATLAB进行编程：在编程之前需要进行离散化处理，见附件1。
根据离散化处理后可以得到关于PID输入输出变量关系和被控量的离散表达式。
y n=2+40T2u n+2+40T2y n−1−110T2+40T+1y n−2 (1)u n=Kp∙e n+Ki∙T eini=0+Kd⋅△eT (2)e n=r−y n (3)根据这三个式子可以利用MATLAB进行编程。
具体程序部分见图3-3，图3-4，图3-5。
计算机控制系统大作业
计算机控制系统大作业
农电2013级
（答题纸作答，附图粘在答题纸上，答案要求全部手写）
1、简述开环控制系统、闭环控制系统的定义。
（6分）
2、简述计算机控制系统的组成与基本工作原理。
（10分）
3、列举计算机控制系统的典型型式。
（6分）
4、什么是串模干扰，有哪些抑制方法（12分）
5、简述PID控制的三个环节及其作用（8分）
6、简述计算机控制系统设计的原则与步骤（6分）
7、用C(z)表示下列图形的输出，写出C(z)的表达式，能写
出传递函数的写出传递函数的表达式。
（12分）
8、举例论述计算机控制系统在农业领域的应用（16分）
9、PID控制程序的测试结果（附MATLAB测试图、测试参
数）（15分）
10、二阶控制程序的测试结果（附MATLAB的测试图、测试
参数）（15分）。
计算机控制技术大作业
《计算机控制技术》
2009级期末考查大作业
一、 题目
基于MATLAB 的电炉温度控制算法比较及仿真研究
二、要求: 设某电炉控制对象的控制模型为s e s s W 31011
)(-+=，运用所
学知识，对其控制算法进行研究并运用MATLAB 编程或者simulink 模块进行仿真比较，给出最优控制算法结论。
三、要求
1. 炉温变化范围：0~500ºC ，要求实现某一温度的恒温控制
2.炉温变化参数要求：
S t ≤80S ；超调量p
σ≤10℅；静态误差v e ≤2℃。
3. 至少采用PID 算法、Smith 预估控制算法、达林算法等三种不同算法作对比研究。
4、可以自己在基本要求基础上，增加其他算法研究，如：各种PID 算法、模糊控制算法等。
四、报告书写：
实验完成后，用A4纸撰写研究报告，主要包括：
1、 研究对象分析说明；
2、 各算法简介；
3、 各仿真程序或者仿真连接图；
4、 各仿真结果；
5、每种仿真结果的小结；
6、对每种算法作总结比较，总结各自特点，讨论得出本电炉温度
控制的理想算法。
四、六一之前完成，首页别忘了署上学号及大名哦。
注意：报告中所用图应均为自己仿真，切忌抄袭、复制，一经发现，成绩责任自负！。
计算机控制技术 大作业
计算机控制技术大作业动态称重系统一、汽车动态称重系统的构成车辆称重系统一般由压力传感器组成的称重平台、放大信号调理电路、模数（A/D 转换）电路、单片机处理芯片、LCD 液晶显示电路及声光报警电路等组成。
车辆称重系统框图二、放大电路设计采用普通运放OP07做成一个差动放大器，如下图所示：三、A ／D 转换电路设计模拟信号经过放大滤波后要进行A ／D 转换变成数字量，计算机才能处理。
A/D 的最主要性能指标就是分辨率和转换时间，这两条取决于测试设备的精度要求和信号变化速率。
本设计选择分辨率为8位的A ／D 芯片。
称重传感器 信号调理放大电路LCD 显示电路声光报警电路单片机处理电路A/D 转换电路ADC0804外围电路设计四、单片机系统电路的设计AT89C51简介芯片功能介绍及设计：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程、可擦除、只读存储器、高性能CMOS 8位的微处理器，俗称单片机。
AT89C51芯片图如下：VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，P0.0—P0.7口用于LCD液晶显示数据输入口，但是P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高。
P1.0-P1.7口用作ADC0804转换数据的输入。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2.0、P2.1、P2.2用作连接LCD液晶显示的RS、RW、E口。
P2.3、P2.4用作声光报警电路的接口。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
P3.2、P3.3、P3.6、P3.7用作连接ADC0804的片选CS、中断INTR 、写选通WR、读选通RD口。