含有纯滞后系统的几种控制算法的比较与评述
含有纯滞后系统的几种控制算法的比较与评述
【摘要】针对时滞对象的控制问题，着重选取几种控制方法，论述了各种控制方法的原理和优缺点，比较控制性能，以期对含有大时滞的实际对象的控制起到方法上的指导作用。
【关键词】纯滞后Smith预估控制
智能控制
1纯滞后问题
大家都知道，纯滞后在工业上是一种普通的现象。例如冶金、玻璃、造纸工业中板材厚度的控制、加热炉、炉窖的传热，化工炼油生产中物料的传输，反应器的化学合成等系统都存在纯滞后。
在工业过程闭环控制系统控制回路中，若存在纯滞后，闭环特征方程中就存在纯滞后，由于纯迟延的存在使得被调量不能及时反映控制信号的动作，控制信号的作用只有在延迟了以后才能反映到被调量；另一方面，当对象受到干扰而引起被调量改变时，控制器产生的控制作用不能即时对干扰产生抑制作用。因此，含有纯滞后环节的闭环控制系统必然存在较大的超调量和较长的调节时间。纯滞后对象也因此而成为难控的对象。本文针对时滞的控制问题，着重选取常用的几种控制方法，比较控制性能，以期对含有大时滞的实际对象的控制起到方法上的指导作用。
2时滞过程的各种控制方法
2.1PID控制。PID控制是迄今为止最通用的控制算法，大多数反馈回路都采用PID或其改进型来控制。其控制规律为
然而，PID在纯滞后系统中的应用是有一定限制的。这是因为其控制效果无法通过反馈回路及时反馈，因而使得控制问题复杂化了。
2.2Smith预估控制及改进算法。当前，含较大纯滞后的系统大多采用Smith 预估及其改进型来控制。Smith预估器控制基本思路是，预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿控制，力图使被延迟了的t的被调量提前反馈到调节器，使调节器提前动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。Smith控制系统最大的优点是将时滞环节移到了闭环之外，使控制品质大大提高。
自动排课系统算法的分析与设计概要
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 科技情报开发与经济 SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT &ECONOMY 2007年第 17卷第34期 吞吐量后才实施 , 不可轻易控制流量导致不必要的吞吐量下降。流量控制后必须及时解除流量控制。 (2 技术流控手段和业务流控手段相结合。 (3 流控点设立于系统与外系统接口层和一级调度层 , 其他各层不设立流控点。 对银行前端发起的联机请求做流量控制 , 以防止后台出现堵塞 , 流控点的设置见表 1。 从技术流控和业务流控的角度实现系统的流量控制如下 : 第一 , 为预防系统内出现堵塞 , 在系统交易入口即分中心控制总线上 , 建立预防性流控机制 ; 第二 , 建立系统状态主动探测机制 , 系统主动 探测服务队列状态 , 发现系统繁忙或服务队列深度超过设定阀值 , 将启动相应的流控 ; 第三 , 可以根据管理需要 , 设定特定业务品种交易、 特定分中心交易或特定服务的交易流量阀值 , 进行流量控制。如在交易繁忙时段 , 可以采取限制部分查询交易等手段确保系统的稳定运行。 (责任编辑 :戚米莎 ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─
第一作者简介 :刘焱军 , 男 , 1975年 4月生 , 2001年毕业于太原理工大学计算机专业 (硕士 , 中国建设银行厦门开发中心 , 福建省厦门市鹭江道 98号建行大厦 , 361012. Research on the Application of Bus Control Technology in Securities System of Bank LIU Yan-jun ABSTRACT:This paper introduces the application of bus control technology in securities system of bank, and probes into the implementation of the flow control. KEY WORDS:bus technology of trade control; securities system of bank; flow control 教学排课可以说是教学管理的一个中心 , 它直接关系到教学计划和教学质量。而排课的过程也是一个复杂的推理思考过程 , 我们通过对排课逻辑原理的分析和排课系统操作流程的总结 , 研究出一套排课算法 , 通过该排课系统的实现 , 可以大大减少教务管理员的工作量 , 并给教务信息管理带来方便。迄今为止 , 对课程表的研究工作已有 40多年 , 取得了丰硕的成果 , 但仍存在许多不足之处 , 例如规模大、约束 (条件复杂以及规律不断变化等 , 因此排课问题至今仍未完全解决。 虽然目前很多系统中都包含了排课子系统 , 但是由于各个学校的教学情况不同 , 这些排课系统不一定适合各院的实情。下面根据我校的教学安排情况 , 对排课系统的算法进行探讨。 1自动排课系统的优势和目前存在的问题 课程表的编排是一个涉及多种因素的组合规划问题 , 它要保证在课
一阶纯滞后系统的控制方法研究
题目一阶纯滞后系统的控制方法研究
摘要 在现代工业生产中，自动控制技术的使用越来越多，而随着工业和控制技术的发展，自动控制理论也在发展和完善，出现了多种控制方法如最基础的PID控制以及微分先行控制、中间微分控制、史密斯补偿控制、模糊控制、神经网络控制等。自动控制技术的发展在工业生产中遇到了一系列的问题：如在本文中所研究的一阶纯滞后系统的控制就是控制理论中一个较为重要的问题。由控制理论可知，无滞后控制系统（简单点说就是没有延迟）比有滞后系统更加稳定，更加容易控制。因此如何解决生产中滞后的问题在当前工业大生产中尤其重要。论文在常规PID控制也就是比例-积分-微分控制的基础上提出了三种控制方法即：微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯补偿控制。并对这三种方案进行Simulink仿真，检测其抗干扰性能。为便于分析，论文将所得仿真结果以图形的方式给予显示出来，形象生动便于理解。 关键词：自动控制，仿真，PID，复杂控制
The control method research of the first-order delay system Abstract The automatic control technology use more and more in modern industrial production, and as the industrial and control technology development, the automatic control theory are developed and perfected, a lot of controlled methods appear such as PID control which is the most basic control and differential first control, intermediate differential control, Smith compensation control, fuzzy control, nerve network control. Automatic control technology had experienced a series of questions in industrial production: as the first-order delay system control in this article which is a more important issue in the control theory. Known by the control theory,a no lag control system (simple say is no delay) is more stable and more easily controlled than a delay system . So it is particularly important of how to solve the lagging problem in the current industrial production . The articles propose three control methods such as differential first control 、the middle of differential feedback control、smith compensation control base the conventional PID control in the other word is proportional - integral - derivative controller .And simulate this three programs by the simulink, testing its interference fearure. For convenient analyze the simulation result , the paper of the study derive from the simulation results by the graphical ,which we can easy understand and clear know the mean in the article. Key Words：automatic control; simulation; PID; complicated control
自动控制系统的校正
第五章自动控制系统的校正 本章要点 在系统性能分析的基础上，主要介绍系统校正的作用和方法，分析串联校正、反馈校正和复合校正对系统动、静态性能的影响。 第一节校正的基本概念 一、校正的概念 当控制系统的稳态、静态性能不能满足实际工程中所要求的性能指标时，首先可以考虑调整系统中可以调整的参数；若通过调整参数仍无法满足要求时，则可以在原有系统中增添一些装置和元件，人为改变系统的结构和性能，使之满足要求的性能指标，我们把这种方法称为校正。增添的装置和元件称为校正装置和校正元件。系统中除校正装置以外的部分，组成了系统的不可变部分，我们称为固有部分。 二、校正的方式 根据校正装置在系统中的不同位置，一般可分为串联校正、反馈校正和顺馈补偿校正。 1．串联校正 校正装置串联在系统固有部分的前向通路中，称为串联校正，如图5-1所示。为减小校正装置的功率等级，降低校正装置的复杂程度，串联校正装置通常安排在前向通道中功率等级最低的点上。 图5-1 串联校正 2．反馈校正 校正装置与系统固有部分按反馈联接，形成局部反馈回路，称为反馈校正，如图5-2所示。 3．顺馈补偿校正
顺馈补偿校正是在反馈控制的基础上，引入输入补偿构成的校正方式，可以分为以下两种：一种是引入给定输入信号补偿，另一种是引入扰动输入信号补偿。校正装 置将直接或间接测出给定输入信号R(s)和扰动输入信号D(s)，经过适当变换以后，作为附加校正信号输入系统，使可测扰动对系统的影响得到补偿。从而控制和抵消扰动对输出的影响，提高系统的控制精度。 三、校正装置 根据校正装置本身是否有电源，可分为无源校正装置和有源校正装置。 1．无源校正装置 无源校正装置通常是由电阻和电容组成的二端口网络，图5-3是几种典型的无源校正装置。根据它们对频率特性的影响，又分为相位滞后校正、相位超前校正和相位滞后—相位超前校正。 无源校正装置线路简单、组合方便、无需外供电源，但本身没有增益，只有衰减；且输入阻抗低，输出阻抗高，因此在应用时要增设放大器或隔离放大器。 2．有源校正装置 有源校正装置是由运算放大器组成的调节器。图5-4是几种典型的有源校正装 置。有源校正装置本身有增益，且输入阻抗高，输出阻抗低，所以目前较多采用有源图5-2 反馈校正 图5-3 无源校正装置 a)相位滞后 b)相位超前 c)相位滞后-超前
串联滞后校正装置的设计
学号09750201 （自动控制原理课程设计） 设计说明书 串联滞后校正装置的设计起止日期：2012 年 5 月28 日至2012 年 6 月1 日 学生姓名安从源 班级09电气2班 成绩 指导教师(签字) 控制与机械工程学院 2012年6 月1 日
天津城市建设学院 课程设计任务书 2011 —2012 学年第 2 学期 控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 系 09-2 班级 课程设计名称： 自动控制原理课程设计 设计题目： 串联滞后校正装置的设计 完成期限：自 2012 年 5 月 28 日至 2012 年 6 月 1 日共 1 周 设计依据、要求及主要内容： 设单位反馈系统的开环传递函数为：) 2()(+= s s K s G 要求系统的速度误差系数为120-≥s K v ，相角裕度 45≥γ，试设计串联滞后校正装置。 基本要求： 1、对原系统进行分析，绘制原系统的单位阶跃响应曲线， 2、绘制原系统的Bode 图，确定原系统的幅值裕度和相角裕度。 3、绘制原系统的Nyquist 曲线。 4、绘制原系统的根轨迹。 5、设计校正装置，绘制校正装置的Bode 图。 6、绘制校正后系统的Bode 图、确定校正后系统的幅值裕度和相角裕度。 7、绘制校正后系统的单位阶跃响应曲线。 8、绘制校正后系统的Nyquist 曲线。 9、绘制校正后系统的根轨迹。 指导教师（签字）： 系主任（签字）： 批准日期：2012年5月25日
目录 一、绪论 (4) 二、原系统分析 (5) 2.1原系统的单位阶跃响应曲线 (5) 2.2 原系统的Bode图 (5) 2.3 原系统的Nyquist曲线 (5) 2.4 原系统的根轨迹 (5) 三、校正装置设计 (5) 3.1 校正装置参数的确定 (5) 四、校正后系统的分析 (6) 4.1校正后系统的单位阶跃响应曲线 (6) 4.2 校正后系统的Bode图 (6) 4.3 校正后系统的Nyquist曲线 (6) 4.4 校正后系统的根轨迹 (6) 五、总结 (7) 六、参考文献 (7) 七、附图 (8)
基于MATLAB进行控制系统的滞后-超前校正设计要点
计算机控制技术 ------滞后-超前校正控制器设计 系别：电气工程与自动化 专业：自动化 班级：B110411 学号：B11041104 姓名：程万里
目录 一、 滞后-超前校正设计目的和原理 (1) 1.1 滞后-超前校正设计目的......................................................... 1 1.2 滞后-超前校正设计原理......................................................... 1 二、滞后-超前校正的设计过程 (3) 2.1 校正前系统的参数 (3) 2.1.1 用MATLAB 绘制校正前系统的伯德图................................. 3 2.1.2 用MATLAB 求校正前系统的幅值裕量和相位裕量.................. 4 2.1.3 用MATLAB 绘制校正前系统的根轨迹................................. 5 2.1.4 对校正前系统进行仿真分析.............................................5 2.2 滞后-超前校正设计参数计算 (6) 2.2.1 选择校正后的截止频率c ω............................................. 6 2.2.2 确定校正参数β、2T 和1T (6) 2.3 滞后-超前校正后的验证 (7) 2.3.1 用MATLAB 求校正后系统的幅值裕量和相位裕量..................7 2.3.2 用MATLAB 绘制校正后系统的伯德图.................................8 2.3.3 用MATLAB 绘制校正后系统的根轨迹.................................9 2.3.4 用MATLAB 对校正前后的系统进行仿真分析 (10) 三、前馈控制 3.1 前馈控制原理..................................................................... 12 3.2控制对象的介绍及仿真......................................................... 12 四、 心得体会.............................................................................. 16 参考文献.......................................................................................17 附录 (18)
纯滞后控制实验
实验三 纯滞后控制实验 1. 实验目的与要求 (1) 掌握应用达林算法进行纯滞后系统D(z)的设计； (2) 掌握纯滞后系统消除振铃的方法。 2. 实验设备 (1) 硬件环境 微型计算机一台，P4以上各类微机 (2) 软件平台 操作系统：Windows 2000以上； 仿真软件工具：MATLIB5.3以上。 3. 实验原理 在一些工业过程（如热工、化工）控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。例如，一个用蒸汽控制水温的系统，蒸汽量的变化要经过长度为L 的路程才能反映出来。这样，就造成水温的变化要滞后一段时间τ（v v L ,=τ是蒸汽的速度）。对象的这种纯滞后性质常会引起系统产生超调和振荡。因此，对于这一系统，采用一般的随动系统设计方法是不行的，而用PID 控制往往效果也欠佳。 本实验采用达林算法进行被控制对象具有纯滞后系统设计。设被控对象为带有纯滞后的一阶惯性环节或二阶惯性环节，达林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)，相当于一个延时环节和一个惯性环节相串联，即 1 )(+=Φ-s e s s τθ，NT =θ 该算法控制将调整时间的要求放在次要，而超调量小甚至没有放在首位。控制原理如图1，其中：采样周期T=0.9秒，期望传递函数τ=0.5秒，被控对象 1 23)(8.1+=-s e s G s ；输入信号为单位阶跃信号。
图1 纯滞后系统控制原理图 应用达林算法进行纯滞后系统设计) D控制器。 (z 4.实验内容与步骤 (1)按照纯滞后控制系统要求设计) D； (z (2)按照系统原理图，在simulink下构造系统结构图模型，观察输入输出波形，标明参数，打印结果； (3)尝试用M文件实现dalin算法控制。 5.实验结果 simulink框图（用simulink实现dalin算法）: Array 图2 纯滞后控制设计
基于遗传算法的自动排课系统毕业设计
摘要 随着科学技术和社会信息技术的不断提高，计算机科学的日渐成熟，其强大的功能已为人们深刻认识，它在人类社会的各个领域发挥着越来越重要的作用，给人们的生活带来了极大的便利，成为推动社会发展的首要技术动力。排课是学校教学管理中十分重要、又相当复杂的工作之一。解决好教学工作中的排课问题对整个教学计划的进行，有着十分重要的意义。首先对排课的已有算法作了相关的调查研究，决定采用遗传算法。通过设计实现基于遗传算法的自动排课系统，研究了遗传算法在排课系统中的应用。 关键词：遗传算法、自动排课、Java。
Abstract Along with science technical and community information technical increases continuously, calculator science is gradually mature, its mighty function has behaved deep cognition, and it has entered the human social each realm erupts to flick the more and more important function, bringing our life biggest of convenience. Curriculum arrangement is an important and complicated working in school,so solving the problem is of great importance for teaching programming.Investigated and studied the algorithm existed, determine that adoptgenetic algorithm. ThroughDesign Implementation theAuto CourseArrangementManagement System Base onGenetic Algorithm, researched the application of genetic algorithmin theCourseArrangementManagement System. Keywords: Genetic Algorithm Auto Course Arrangement ManagementJava.
大纯滞后过程特性Smith预估控制
过程控制系统课程设计题目之十三 大纯滞后过程特性Smith 预估控制 对于一个大纯滞后过程特性的对象：s PC e s s s G 10) 12)(3(1 )(-++= ，试设计一 个Smith 预估控制系统，并用SIMULINK 和MATLAB 程序仿真实现。当系统设定值R(s)为1时，调整PI 参数，使过渡过程尽可能满意。（假设检测变送环节的传递函数为1）；比较在预估模型有偏差时，在相同的输入条件下，与预估模型无偏差情况的仿真结果；如果系统有扰动信号F(s)为单位阶跃信号或SINS 信号时，比较系统的仿真结果；如有可能，再试设计一种改进的Smith 预估器。 实验报告要求： 1、供系统仿真图； 2、按照题目要求，给出每个实验的仿真结果图； 3、根据以上仿真结果，分析)(s G PC 有滞后与无滞后情况下，PI 参数整定的特点。
大纯滞后过程特性Smith预估控制 摘要：Matlab 是一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵计算、信号分析与图形显示为一体，构成的一个方便的、界面友好的用户环境。历经二十几年的发展和竞争，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。Matlab 最突出的特点就是简洁、它用直观的、符合人们思维习惯的代码、代替C 语言和FORTRAN 语言的冗长代码。为此，Matlab 获得了对应用学科的极强适应力。在国内外高校、Matlab 已成为大学生，硕士生、博士生必须掌握的基本技能。在设计研究学位和工业部门，Matlab 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。Matlab 软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。利用Matlab 这个最优秀的科技软件，把计算机技术与信号分析紧密地结合起来，对信号进行分析处理仿真研究，经实例验证，取得了非常好的效果，具有一定的实用价值。本文控制系统为研究主体，提出一种Smith 预估控制算法，通过设计自适应非线性反馈回路来自适应调节参数，从而满足对象参数大幅度变化的要求。 关键词：Matlab；纯滞后；Smith 预估控制器；Simulink Pure time-delay system control algorithm of Smith Abstract：Matlab is a software.of high performance of numerical calculation and visualization It get numerical analysis, calculation and signal analysis and graphic display together, constitute a convenient, interface, user friendly environment. After 20 years of development and competition, has become internationally recognized the best technology application software. The most prominent feature of Matlab is concise, it use the people's thinking and habits of the visual code, instead of C language and FORTRAN language lengthy code.So, Matlab acquire the subject of application for science. Matlab,has become acollege students’, masters’ or doctors’ basic skills which must be grasp of both at home and abroad ,. In the design research degree and industrial department, Matlab has become the research and solve specific engineering problems are a standard software. Matlab software widely used in digital signal analysis, system identification, timing analysis and modeling, neural network, dynamic simulation, etc in a wide range of applications. The best use of Matlab software technology, computer technology and signal analysis closely together, the signal analysis simulation, and achieved very good results since it has certain practical value. This control system as a main body of research, and put forward a II
温度控制系统的滞后校正
题 目: 温度控制系统的滞后校正 初始条件：某温箱的开环传递函数为3()(41) s p e G s s s -=+ 要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、 试用Matlab 绘制其波特图和奈奎斯特图，计算相角裕度和幅值裕度； 2、 试设计滞后校正装置，使系统的相角裕度增加15度。 3、 用Matlab 对校正后的系统进行仿真，画出阶跃相应曲线 时间安排： 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
温度控制系统的滞后校正 1 系统传递函数分析 该传递函数由比例环节，延迟环节，积分环节，惯性环节组成。 1.1比例环节 比例环节的传递函数和频率特性: 1)(=s G 1)(=ωj G 幅值特性和相频特性: 。 )()( 1|)G(j |)A (=∠===ωω?ωωj G 对数幅频特性和对数相频特性: 。 )(0 20lg1)20lgA()(L ====ω?ωω 所以对数幅频特性L (ω)是ω轴线。 1.2延迟环节 延迟环节的传递函数和频率特性: s e s G 3)(-= ωωj e j G 3)(-= 幅频特性和相频特性: 1|e *1||)G (j |)A(-3j ===ωωω ?ωωωωω33.57)(3)()(3*-=-=∠=∠=-rad e j G j 对数幅频特性和对数相频特性: ω ω?ωω3*-57.3)(0 20lg1)20lgA()L(==== 由以上可知延迟环节不影响系统的幅频特性，只影响系统的相频特性。 1.3积分环节 积分环节的传递函数和频率特性: s s G 1)(=
排课系统几种常见算法
谁说当前国内自动化的排课软件模式无一成功？ 今天看了一篇关于排课系统的文章，文章讲述了我国国内的排课系统没有一个是成功的，在高度智能化的今天，如果还有谁说有什么事计算机做不到的，那他绝对是农村来的，哦不，搞不好是火星来的，因为你像我们校管家的排课系统，很多农村都已经开始用这款软件自动化办公了。 然而当我以为这件事是计算机无法完成的时候，作者又跑出了一个让我都没有想到的问题，也许是外行看热闹，我只是觉得以计算机的处理性能，是不可能完不成的，却高估了编程者的水平，要想智能排课就需要编程呀，要编排课的程序就需要了解排课的意义和流程，最后还有最最核心的东西，那就是算法，算法的不同，会直接导致排课的结果不同，好的算法可以让你省时省力，而差的算法让你抓狂不已。 目前，已知的排课系统的算法有哪些呢？主要有四种 第一种，一算法，这是美国一所大学的教授提出来的，它是一种迭代的启发式概率性的算法。这种算发好处也很多，但是因为算法本身比较复杂，变量过多时，会严重影响排课速度，甚至可能导致崩溃。 第二种。贪心算法，这种算法是具有侧重的，不会从全局考虑均衡优化，所以总的来说还是有一定缺陷。 第三种，动态规则法，这是一种用来解决多阶段决策的一种最优方式。动态规划法与贪心法类似，都是将问题实例归纳为更小的、相似的子问题，并通过求解子问题产生一个全局最优解。 第四种，回溯算法，回溯法在用来求问题的所有解时，要回溯到根，且根的所有子都已被搜索过才结束；而在用来求问题的任一解时，只要搜索到问题的一个解就可结束，所以这种方法也过于耗时。 以上的每个算法，各有优缺，为了取长补短，高效的利用起这些算法，校管家的排课系统在通过无数的实验和总结之后，终于找到了一个均衡，使得排课的智能化成为了一种现实，而且，其独创的自动与手动混合模式，更是为该软件平添了许多赞。
基于补偿控制大滞后过程控制系统研究
doi：10．3969/j．issn．1671-1041．2011．03．003 基于补偿控制大滞后过程控制系统研究 孟苹苹，谢文滔 （西南石油大学，成都610500） 摘要：在工业过程控制中，传统PID控制方式用于较复杂被控对象时，在超调量与稳定性等方面都难以获得令人满意的结果。本论文以内模控制器作为研究对象，完成了内模控制器中低通滤波器的设计与Matlab仿真研究，得到了不同情形下的频率特性曲线，同时，通过与传统PID控制对比，对不同类型控制方式的特点进行了分析研究，得到了有意义的研究结论，对实际工业过程控制具有一定实用参考价值。 关键词：内模控制；大滞后过程；Matlab仿真；PID控制 中图分类号：TP273文献标志码：A Research on process control system of large time delay based on compensation control MENG Ping-ping，XIE Wen-tao （Southwest Petroleum University，Chengdu610500，China） Abstract：In industrial process control，when PID control，a traditional control model was applied to some complicated controlled objects，usually control effect is not satisfied as good as expected．In this paper，by focusing study on internal model controller，design and Matlab simulation of the low-pass filter，a very important component in the internal model controller were completed．Amplitude and frequency characteristic curve were drawn under different cases．By compared with PID in controlling characteristics，meaningful conclusions were conducted which might be applicably valuable to in-dustrial process control in practice． Key words：internal model control；great lag process；Matlab simulation；PID control 0引言 过程控制技术近年来发展迅速，特别是在计算机，网络通信和先进控制理论的带动下，过程控制的检测，执行仪表及控制系统日益向智能化方向发展［1］。 在化工、炼油、冶金等一些复杂工业过程中，广泛存在着较大的纯滞后。纯滞后往往是由于物料或能量需要经过一个传输过程而形成的，这类时间滞后系统的控制是世界公认的控制难题。由于纯滞后的存在，使得被控量不能及时地反映系统所受的扰动，从而产生明显的超调，使得控制系统的稳定性变差，调节时间延长。 传统的过程控制系统中，主要运用传统的PID控制，Smith控制，对于被控对象简单的系统，可以得到预期的效果，但是遇到大滞后的被控对象，其控制效果难以达到预定的效果，对于滞后系统，其τ/T＞0.5，在这种情况下，就需要提出一种先进的PID控制器，使其在大滞后环境下，也能得到预期的控制效果。在本文中采用直流无刷电机作为被控对象［2］，通过仿真说明采用内模控制的电机系统控制精度高、响应快、稳定性和鲁棒性良好。 1内模控制技术［3-4］ 1．1内模控制技术简介 内模控制是在模型没有误差，而且可得到这个假设条件下的理想反馈控制。内模控制系统的典型框图如图1所示。 图1内模控制结构图 在实际工作中，模型与实际过程总会存在误差。针对上述情况，设计内模控制器时可首先将过程模型作因式分解如下： G ^ p （s）=G ^ p+ G ^ p－ （1） □研究报告□仪器仪表用户 8 EIC Vol．182011No．3欢迎光临本刊网站http：//www．eic．com．cn
自控实验报告-系统校正
西安邮电学院 自动控制原理 实验报告
实验三系统校正 一，实验目的 1.了解和掌握系统校正的一般方法。 2.熟悉掌握典型校正环节的模拟电路构成方法。二．实验原理及电路 1.未校正系统的结构方框图 图1 2.校正前系统的参考模拟方框图 图2 3.校正后系统的结构方框图
图3 4.校正后系统的模拟电路图 图4 三．实验内容及步骤 1.测量未校正系统的性能指标 （1）按图2接线 （2）加入阶跃电压观察阶跃响应曲线，并测出超调量和调节时间，并将曲线和参数记录出来。 2.测量校正系统的性能指标 （1）按图4接线
（2）加入阶跃电压，观察阶跃响应曲线，并测出超调量以及调节时间。 四．实验结果 未校正系统 理论值σ% = 60.4% t s = 3.5s 测量值σ% = 60% t s = 2.8s 校正后系统 理论值σ% = 16.3% t s = 0.35s 测量值σ% = 5% t s = 0.42s
五．心得体会 在课本的第六章，我们学习了线性系统的校正方法，包括串联校正、反馈校正以及复合校正等矫正方法，相对于之前学习的内容，理解起来相对难一些，做起实验来也不容易上手。试验期间，遇到了很多难题，反复调整修改甚至把连接好的电路全都拆了重连，最后终于完成了实验。相对于之前的几次试验，这次实验师最让人头疼的，幸好之前积累了些经验，才使得我们这次实验的时候不至于手忙脚乱，但是也并不轻松。 虽然遇到的困难很多，但是我们却收获的更多，线性系统的校正是自动控制原理中重要的部分，通过理论课的学习，再加上实验课的实践，我终于对这些内容有个系统的理解。
Smith纯滞后系统控制器分析与设计
绪论 在现代科学的众多领域中，纯滞后对象的控制一直是人们研究的重要课题。 早期的研究主要是运用线性系统的经典方法对纯滞后系统进行分析设计。譬如运用Nyquist法分析纯滞后系统的稳定性问题，用Pade近似方法将纯滞后环节近似为线性系统进行根轨迹的分析综合等。但总的来说，当系统滞后时间较小时，只要我们设计时给予充分的考虑就可以了。这时实际的控制效果不会与设计要求相去甚远。对于滞后时间相对较大的系统，Smith提出了预估补偿的方法，通过补偿环节来消除或减弱闭环系统中纯滞后因素的影响。只要对象的模型较精确，Smith方法的效果是比较理想的。 上世纪80年代起，随着自动控制理论、实践的深入发展和广泛应用，最优控制、鲁棒控制、变结构控制、H 控制以及预测控制等现代控制理论也逐步地应用到纯滞后的系统中来，并取得了一定的成果。 近几年来，以模糊控制技术、神经网络、专家系统和遗传算法为主要内容的智能控制技术，得到了充分的发展和广泛的应用。尤其是它与传统的控制技术相结合，成功地解决了采用传统控制技术难以控制的控制对象(特别是对象模型难定的情况)，在工程应用中有着强大的生命力并得到了广泛的应用。 本文通过纯滞后工艺过程描述了纯滞后系统的特性，从这个特性可以知道被控对象大多数都有纯滞后特性。根据纯滞后控制系统的基本特点和纯滞后控制系统的设计以及纯滞后控制系统控制器参数整定等基础知识，并通过实例常规模糊控制器在纯滞后系统中的应用来理解和深化对纯滞后控制系统的理解。
1 纯滞后理论概述 1.1 纯滞后相关定义及其工艺过程 1.1.1 纯滞后相关定义 所谓纯滞后是一种时间上的延迟，这种延迟是从引起动态要素变化的时刻到输出开始变化的时刻的这一段时间。存在时间延迟的对象就称为具有纯滞后的对象，简称为纯滞后对象或滞后对象，实际被控对象大多数都有纯滞后特性。 被控对象时滞与其瞬态过程时间常数值比较大，采用通常的控制策略时，不能实现系统的精度控制，甚至会造成系统不稳定。通常认为当被控对象时滞与其瞬态过程时间常数之比大于0.3时，被控系统为纯滞后系统。滞后是过程控制系统中的重要特征，滞后可导致系统不稳定。有些系统滞后较小这时人们为了简化控制系统设计，忽略了滞后；但在滞后较大时，不能忽略，当被控对象的时滞与其瞬态过程时间常数之比大于0.3时，被控系统应按纯滞后系统设计。这类控制过程的特点是：当控制作用产生后，在滞后时间范围内，被控参数完全没有响应，使得系统不能及时随被控制量进行调整以克服系统所受的扰动。因此，这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间。所以，含有纯延迟的过程被公认为是较难控制的过程，其难控制程度随着纯滞后时间与整个过程动态时间参数的比例增加而增加。 但总的来说，当系统滞后时间较小时，只要我们设计时给予充分的考虑就可以了。对于滞后时间相对较大的系统，Smith提出了预估补偿的方法，通过补偿环节来消除或减弱闭环系统中纯滞后因素的影响。 1.1.2 纯滞后工艺过程 在工业生产过程中，极大部分工艺过程的动态特性往往是既包含一部分纯滞后特性又包括一部分惯性特性，这种工艺过程就称为具有纯滞后的工艺过程。譬如对于大型档案馆的温湿度控制，就是存在纯滞后较大的实际对象。在长沙地区，夏天的空气相对湿度一般而言是比较大的，在档案馆进行适当的除湿操作是非常有必要的，而在进行除湿动作以后，档案馆内的相对湿度要相应得到降低则需要一段时间的延迟。当然，对档案馆内温度的控制也是如此。纯滞后环节的输入输出关系（如图1-1）所示:
目前流行的几种排课算法的介绍
2 目前流行的几种排课算法的介绍 2．1. 自动排课算法 1 .问题的描述 我们讨论的自动排课问题的简化描述如下: 设要安排的课程为{ C1 , C2 , ., Cn} ,课程总数为n , 而各门课程每周安排次数(每次 为连续的2 学时> 为{ N1 , N2 , ., Nn} 。每周教案日共5 天,即星期一～星期五。每个教案日最多安排4 次课程教案,即1 ～ 2 节、3 ～ 4 节、5 ～ 6 节和7 ～ 8 节(以下分 别称第1 、2 、3 、4 时间段> . 在这种假设下,显然每周的教案总时间段数为5 ×4 = 20 ,并存在以下约束关系:b5E2RGbCAP n ≤20 , (1> N = 6n， i =1， Ni ≤20. (2> 自动排课问题是:设计适当的数据结构和算法, 以确定{ C1 , C2 , ., Cn } 中每个课程的教案应占据的时间段,并且保证任何一个时间段仅由一门课程占据.p1EanqFDPw 2 .主要数据结构 对于每一门课程,分配2 个字节的“时间段分配字”(无符号整数> :{ T1 , T2 , ., Tn} . 其中任何一个时间段分配字(假设为Ti > 都具有如下格式:DXDiTa9E3d Ti 的数据类型C 语言格式定义为:unsigned int . Ti 的最高位是该课程目前是否是有效 的标志,0 表示有效,1 表示无效(如停课等> 。其它各位称为课程分配位, 每个课程分配位占连续的3 个位(bit> ,表示某教案日(星期一～星期五> 安排该课程的时间段的值,0 表 示当日未安排,1 ～ 4 表示所安排的相应的时间段(超过4 的值无效> .RTCrpUDGiT 在这种设计下, 有效的时间段分配字的值应小于32 768 (十六进制8000> , 而大于等于32 768 的时间段分配字对应于那些当前无效的课程(既使课程分配位已设置好也如此> , 因此很容易实现停课/ 开课处理.5PCzVD7HxA 3 .排课算法 在上述假设下,自动排课算法的目标就是确定{ C1 , C2 , ., Cn} 所对应的{ T1 , T2 , ., Tn} .jLBHrnAILg 从安排的可能性上看,共有20 !/ (20 - N> !种排法( N 的含义见(2> 式> . 如果有4 门课,每门课一周上2 次,则N = 8 ,这8 次课可能的安排方法就会有20 !/ (20 - 8> ! = 5 079 110 400 ,即50 多亿种. 如果毫无原则地在其中选择一种方案,将会耗费巨大量的时间. 所以排课的前提是必须有一个确定的排课原则. 我们采用轮转分配法作为排课原则:从星期一第1 时间段开始按{ C1 , C2 , ., Cn} 中所列顺序安排完各门课程之后(每门课安排1 次> ,再按该顺序继续向后面的时间段进行安排,直到所有课程的开课次数符合{ N1 , N2 , ., Nn} 中给定的值为止. 在算法描述中将用{ C[1 ] , C[2 ] , ., C[ n ]} 表示{ C1 , C2 , ., Cn} , 对{ N1 , N2 , ., Nn}xHAQX74J0X 和{ T1 , T2 , ., Tn} 也采用同样的表示法. 算法1 排课算法 输入{ C1 , C2 , ., Cn} 、{ N1 , N2 , ., Nn} . 输出{ T1 , T2 , ., Tn} . ①初始化:
大纯滞后在对象控制方法应用研究
大纯滞后在对象控制方法应用研究 摘要：针对一般工业过程中存在的大纯滞后问题，提出了一种克服大纯滞后的预测控制方法。利用递推最小二乘法进行参数估计，获得对象的一阶简化模型,提出了一种Smith预估神经元控制器设计方法，再用构建的神经网络预测模型预测出未来相应时刻的系统输出，然后用该输出来调整当前时刻的控制量，从而达到预期的控制目的,仿真结果验证了该方法的有效性。 关键词：神经网络；预测控制；大纯滞后 0 前言 一般工业过程中都具有非线性大纯滞后的特点，特别是滞后较大(即额定滞后S/T>0.5)的系统,常规控制往往无能为力。采用Smith控制是解决对象大纯滞后问题的有效方法，但它需要建立对象的精确的数学模型，而且鲁棒性和抗干扰能力较差，面向对象的神经元模型及其学习算法具有算法简单、适应性好等优点，但是对于大纯滞后过程，由于被控量的偏差不能及时反映控制量的变化影响了神经元的控制效果。 预测控制是上世纪70年代兴起的一种新控制算法，在工业上已被广泛应用，其主要思想是：在当前时刻，基于过程的动态模型预测未来一定时域内每个采样周期（或按一定间隔）的过程输出，即可以根据当前的输入预测未来多个时刻的输出，从而根据控制要求调整下一时刻的控制量，有利于对纯滞后系统的控制，将预测函数控制应用于大纯滞后温度控制系统，减少了稳态静差，但超调量偏大，要有一种具有自补偿功能的非线性预测反馈校正法，提高了系统的鲁棒性，但该方法限于纯滞后时间已知的情况下，对于纯滞后参数未知或者改变的情况未加讨论。 根据上述情况提出一种用神经网络辨识系统的滞后时间参数，用预测控制算法实现对大纯滞后对象的控制方法。其中预测模型是用神经网络逼近被控的动态对象而建立的，从而无需知道系统的精确数学模型。 1 神经元模型及控制系统 1.1神经元模型 针对将神经网络直观套用于自动控制中存在的局限性,提出了一种面向控制的神经元模型它的输出u(t)可以表示为