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計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)電加熱爐溫度控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(文件)

 

【正文】 能。當(dāng)A0=1時(shí),讀向CPU的是狀態(tài)字,自CPU寫入的是命令字;當(dāng)A0=0,讀、寫的都是數(shù)據(jù)。一種是編碼方式,需由外部譯碼器對(duì)掃描輸端SL3SL0上的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行譯碼,以產(chǎn)生對(duì)鍵盤或顯示器的掃描信號(hào);另一種是譯碼方式,在內(nèi)部對(duì)計(jì)數(shù)器低兩位譯碼后送SL3SL0輸出,可做為鍵盤和顯示器的掃描信號(hào)。8279還可各種于選通方式,此時(shí)由選通信號(hào)STB的上升沿將SL7SL0上信息寫入FIFO/傳感器RAM。RAM中有數(shù)據(jù)時(shí),IRQ變高。(b)分頻命令字 用于設(shè)定分頻系數(shù)N。DDDD0是要讀的起始地址。它(g)結(jié)束中斷/設(shè)定出錯(cuò)命令字 它有兩中功能。DDD0表示FIFO/傳感器RAM中的字符數(shù)。ADC0809轉(zhuǎn)換芯片是8位、逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換芯片,具有地址鎖存控制的8路模擬開關(guān)。其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換;EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),可用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或供單片機(jī)查詢;OE是輸出允許端;CLK是時(shí)鐘端,因芯片的時(shí)鐘頻率最高只可工作于640kHZ,故通常由單片機(jī)的ALE引腳經(jīng)分頻后接向該引腳; 電源電路圖111 電源電路,偏移電流是6mA,我們需要的電壓是5V,電路提供的電壓是9V,由此得 ( 11)圖112 電壓波形圖 電加熱爐溫度控制系統(tǒng)的控制實(shí)例在很多行業(yè)中有大量的應(yīng)用電加熱設(shè)備,如用于熱處理的加熱爐,用于融化金屬的干果電阻爐及各種不同用途的溫箱等,人們都需要對(duì)它們的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。在本文中,采用算法簡(jiǎn)單,效果好的PID控制算法,與一般的控制算法相比,具有計(jì)算量小,控制結(jié)果簡(jiǎn)單,靜動(dòng)態(tài)性能較好等特點(diǎn),有較高的使用價(jià)值。在設(shè)計(jì)過程中的不管用哪種方法得到控制系統(tǒng)的參數(shù),直接使用時(shí)控制的效果不一定很好,必須結(jié)合實(shí)際調(diào)試來選擇數(shù)字控制器的參數(shù)。因此電加熱爐為一雙輸入雙輸出的受控對(duì)象。所以通常我們把這個(gè)雙輸入雙輸出系統(tǒng)分解成兩個(gè)單輸入單輸出的系統(tǒng),??數(shù)學(xué)模型為上式。若檢測(cè)的實(shí)際值與設(shè)定值相比,高則報(bào)警,低則控制繼續(xù)加熱。由式(24)與式(26)可得 (27)式(27)稱為位置式PID控制算法。(3)當(dāng)|e(k)|≤ε時(shí),也即偏差值|e(k)|比較小時(shí),采用PID控制,可保證系統(tǒng)的控制精度。(2)對(duì)穩(wěn)態(tài)性能的影響加大比例控制Kp,在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下,可以減小穩(wěn)態(tài)誤差ess,提高控制精度,但是加大Kp只是減少ess,卻不能完全消除穩(wěn)態(tài)誤差。Ti偏小,振蕩次數(shù)較多。若是太大時(shí),積分作用太弱,以致不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。只有合適時(shí),可以得到比較滿意的過程。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過理論計(jì)算確定控制器參數(shù)。在整定參數(shù)時(shí)首先應(yīng)把握住PID參數(shù)與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、靜態(tài)性能之間的關(guān)系。但是積分作用的動(dòng)作緩慢,可以給系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來不良影響,因此很少單獨(dú)使用。微分時(shí)間常數(shù)Td增大時(shí),可能會(huì)使超調(diào)量減小,動(dòng)態(tài)性能得到改善,但是抑制高頻干擾的能力下降。但是Ts太小會(huì)增加CPU的運(yùn)算速度,相鄰兩次采樣的差值幾乎沒有什么變化,所以也不宜將TS取得過小,在過程控制中采樣周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)溫度一般Ts=20s。 電加熱爐積分分離PID控制的仿真研究MATLAB/SIMULINK環(huán)境是一種系統(tǒng)仿真工具軟件,其使用可大大提高系統(tǒng)仿真和CAD的效率和可靠性。實(shí)踐證明,布線的安排對(duì)電路的性能影響是明顯的。在控制電路中設(shè)置了光電隔離電路,可以防止強(qiáng)電和弱電共地對(duì)單片機(jī)的干擾。我們要在交流電源進(jìn)入處采用了隔離變壓器,并采用電源濾波技術(shù)。本文的控制算法采用的是普通的PID控制算法: 積分分離PID控制算法PID控制系統(tǒng)的原理和特點(diǎn) 在實(shí)際中,運(yùn)用的PID控制,即所謂的為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。得出的仿真圖如下:圖32 比例仿真圖比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。則須采用積分(I)控制積分(I)控制 。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分,隨著時(shí)間的增加,積分項(xiàng)會(huì)增大。(數(shù)據(jù)的設(shè)置,可以經(jīng)過反復(fù)調(diào)試,根據(jù)仿真圖來設(shè)定)圖33 PI控制系統(tǒng)框圖由以上的控制系統(tǒng)框圖,我們可以得出的仿陣圖如下:圖34 PI仿真圖由以上的仿真圖,我們可以得出與只有P時(shí)相比,系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能有所緩和,但是由圖我們也不難發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的超調(diào)量還是很高, 在微分控制中,控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分(即誤差的變化率)成正比關(guān)系。這就是說,在控制器中僅引入“比例”“積分”項(xiàng)往往是不夠的,比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”,它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì),這樣,具有比例+微分的控制器,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負(fù)值,從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。控制系統(tǒng)的框圖如下:圖35 PID系統(tǒng)控制框圖以上數(shù)據(jù)的調(diào)試,是根據(jù)實(shí)驗(yàn)中仿真系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行調(diào)試的。因此說,經(jīng)過預(yù)估補(bǔ)償后,閉環(huán)控制方程中已消去了,也就是消除了時(shí)滯對(duì)控制品質(zhì)的不利的影響。主要原因是物理實(shí)現(xiàn)問題。所以對(duì)非線形嚴(yán)重或時(shí)變?cè)鲆娴倪^程,這種對(duì)非線性史密斯預(yù)估補(bǔ)償器是不太適用的[7]。由以上的公式,我們可以研究出一個(gè)這樣的結(jié)論,在10到10之間,表31 由U(k)和占空比得出加熱時(shí)間u(k)109876543210a1Ton2019181716151413121110 1234567891009876543210由以上的表格我們可以看出, U(k)與加熱時(shí)間是成反比,U(k)越高,則加熱的時(shí)間越短。控制好這一參數(shù)能較好地保證溫度的穩(wěn)定。能夠?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前溫度,便于監(jiān)控。它們之比越大越不容易控制,當(dāng)t/。確實(shí)史密斯預(yù)估補(bǔ)償器對(duì)大時(shí)滯過程盡管提供了很好的控制質(zhì)量,但是其控制質(zhì)量對(duì)模型誤差十分敏感,特別是時(shí)滯時(shí)間和增益誤差。以上是我在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)小結(jié)!致謝通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì),我學(xué)到很多知識(shí)的同時(shí),也明白了很多道理,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程,我自己努力的同時(shí),最重要的是因?yàn)橛写蠹业膸椭拍茼樌瓿?。在從工作地返回學(xué)校后,羅老師經(jīng)常對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。雒得齊同學(xué)是我的設(shè)計(jì)搭檔,我們共同研究一個(gè)課題,在設(shè)計(jì)期間遇到很多問題,以及關(guān)于設(shè)計(jì)的很多資料都是因?yàn)橛兴膸椭也拍芙鉀Q。在此向他表示我的感謝。這里不僅可以學(xué)到知識(shí),學(xué)到如何學(xué)習(xí)才叫學(xué)習(xí),更重要的是教會(huì)我們學(xué)會(huì)做人。合肥,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,[11] 張明,王詩(shī),基于預(yù)測(cè)偏差的模型算法控制[J],[12] Liming Wu , Tian you Chai . Decoupling of a class of nonlinear discrete systems using neural networks[J] . Proc. Of 1995 American Control Conference , Seattle , USA ,1995 ,(6) : 42754279[13] LATHI,..1974 .Signal ,Systems ,and Controls , New York 。中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)定時(shí)采樣和輸出控制。為了縮小測(cè)溫范圍,將整個(gè)溫度范圍劃分幾個(gè)區(qū),當(dāng)被測(cè)溫度屬于某個(gè)區(qū)域,則在相應(yīng)的區(qū)域里去查尋,便找到新對(duì)應(yīng)的溫度值。在這里采用查詢方式讀ADC0809通道的模擬量。隨著N值的增大,平滑度提高,靈敏度降低。因?yàn)樽畲罂赡軠y(cè)量的溫度為1500℃,實(shí)際上需要轉(zhuǎn)換的字節(jié)不超過4個(gè)字節(jié)。BCD2: CLR A ;BCD碼初始化MOV R3, AMOV R4, AMOV R5, AMOV R2, 10H ;2字節(jié)16進(jìn)制數(shù)位轉(zhuǎn)換位數(shù)HB3: MOV A, R7RLC A ;從高端移出待轉(zhuǎn)換數(shù)的一位到CY中MOV R7, AMOV A, R6RLC AMOV R6, AMOV A, R5 ;BCD碼帶進(jìn)位自身相加,相當(dāng)于乘2ADDC A, R5DA A ;十進(jìn)制數(shù)調(diào)整MOV R5, AMOV A, R4ADDC A, R4DA AMOV R4, AMOV A, R3ADDC A, R3DA AMOV R3, A DJNZ R2, HB3 ;是否處理完16位RET積分分離PID算法子程序當(dāng)e(k)≥ε時(shí),采用PD控制,可避免過大的超調(diào),有使系統(tǒng)有較快的響應(yīng);當(dāng)e(k)≤ε時(shí),采用PID控制,可保證系統(tǒng)的控制精度;ε為一設(shè)定閾值。2字節(jié)BCD碼轉(zhuǎn)換程序:入口:RR7為待轉(zhuǎn)換的2字節(jié)16進(jìn)制數(shù),R6為高字節(jié)。4B單元為存貯的首地址,濾波值存于55H,56H的兩個(gè)單元中,假設(shè)被除數(shù)存于25H,26H,除數(shù)存29H,2AH,商存于25H,26H,余數(shù)27,28低在前,2B,2C為暫存單元。設(shè)置ADC0809為8位方式,高位在前,數(shù)據(jù)為二進(jìn)制格式。INT1: MOV A, 40H ;設(shè)置計(jì)數(shù)器T1在0方式工作MOV DPTR,8279 ;8279狀態(tài)命令口地址DPTRMOVX DPTR, AMOV DPTR, dat8279 ;8279數(shù)據(jù)命令口地址送入DPTRMOVX A, DPTRMOV 20H,ARETI顯示子程序:顯示的溫度值為整數(shù)形式,最多顯示4位,剛開始時(shí),如果顯示器正常,則顯示—BH—,這樣才可以正常工作顯示所得的溫度值。在采樣子程序中包括對(duì)A/D啟動(dòng)、讀后結(jié)果及把A/D結(jié)果轉(zhuǎn)換為實(shí)際溫度直。 Naval Postgraduate School Monterrey.附錄1 系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的軟件由主程序、中斷服務(wù)程序和子程序等組成。真誠(chéng)地向你們說聲 謝謝 !參考文獻(xiàn)[1] :2029頁(yè).[2] :40285頁(yè).[3] 何克忠,:2850頁(yè).[4] 范立南,謝子殿. ,.[5] .:[6] [7] 何衍慶,俞金壽。感謝機(jī)電工程系所有老師、同學(xué)在我本科學(xué)習(xí)階段對(duì)我學(xué)習(xí)和生活方面的教導(dǎo)和幫助。還要感謝的是我的同學(xué)陳鋼。再次向羅老師表示我最大的感謝。首先要感謝我的指導(dǎo)老師羅先喜老師。此外在設(shè)計(jì)中也應(yīng)用了占空比,應(yīng)用占空比的主要原因是為了可以更好的控制電加熱爐的溫度,因?yàn)殡娂訜釥t的溫度的改變是由上、下兩組爐絲的供電功率來調(diào)節(jié)的,如果能夠知道任何溫度時(shí)的占空比,則不但可以正確的控制溫度在一定的范圍,而且還可以節(jié)省能源。對(duì)于這些問題,我們可以嘗試運(yùn)用史密斯預(yù)估方案。一般來說所有的工業(yè)控制對(duì)象都具有時(shí)滯的對(duì)象。而對(duì)于系統(tǒng)采用積分分離PID智能控制,可以達(dá)到理想的控制效果:控制方案合理,穩(wěn)定精度高,超調(diào)量小。結(jié)論 本文所設(shè)計(jì)的電加熱爐是通過調(diào)節(jié)輸入電壓從而來控制輸出溫度的。在加熱的過程中,當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)置的溫度時(shí),根據(jù)占空比我們可以求算出在一個(gè)周期內(nèi)加熱的時(shí)間。這種補(bǔ)償器不僅可用于單輸入單輸出系統(tǒng),也可用于多輸入多輸出系統(tǒng)。對(duì)于定值控制系統(tǒng),控制作用要比擾動(dòng)滯后一個(gè)t 時(shí)間,所以控制效果不及歲動(dòng)控制系統(tǒng)那樣明顯。但是對(duì)于以上的仿真圖,我們也發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能在最后即使得到了逐步的改善,但是最終系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能也不是很好,這就要求我們?cè)谙到y(tǒng)的設(shè)置上采用一種更好的控制方案,這里選用史密斯預(yù)估補(bǔ)償方案。通常,電加熱爐溫度控制采用偏差控制法,偏差控制的原理是先求出實(shí)測(cè)爐溫對(duì)所需爐溫的偏差值,然后對(duì)偏差值處理而獲得控制信號(hào)去調(diào)節(jié)電加熱爐的加熱功率,以實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的控制。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。因此,比例+積分(PI)控制器,可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng),如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)(System with Steadystate Error)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steadystate error)。例如設(shè)計(jì)一個(gè)PID控制系統(tǒng)框圖,運(yùn)用純滯后環(huán)節(jié),設(shè)置溫度為1400度。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),或者是控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)較方便。①程序高速循環(huán)法;②輸出反饋、表決和周期刷新;③存儲(chǔ)器使用技巧;④實(shí)時(shí)診斷技術(shù);⑤數(shù)字濾波技術(shù)。(3)電橋電源采用專用橋頭電源變壓器,整流后用大電容濾波,使橋路有一個(gè)很穩(wěn)定的電流。以金屬材料例如鐵制的封閉金屬盒具有電磁屏蔽功能??垢蓴_能力(1)為了保護(hù)電路的性能,電阻全部選用精密電阻,電容選用高阻抗優(yōu)質(zhì)電容,并且進(jìn)行篩選配套。(2)有較強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性根據(jù)被控對(duì)象的具體情況,可以采用PID控制器的多種變種和改進(jìn)的控制方式,例如Pi、Pd、帶死區(qū)的PID、被控量微分PID、積分分離PID和變速積分PID等,但比例控制一般是必不可少的。選取采樣周期Ts時(shí),應(yīng)使它遠(yuǎn)小于系統(tǒng)階躍響應(yīng)的純滯后時(shí)間或上
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