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正文內(nèi)容

基于內(nèi)??刂频膒id在過(guò)程控制中的應(yīng)用研究畢業(yè)論文-免費(fèi)閱讀

  

【正文】 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué),以及在設(shè)計(jì)中被 我引用或參考的論著的作者,在此,向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬!書到用時(shí)方恨少,在這篇論文的寫作過(guò)程中,我深感自己的水平還非常的欠缺。我不是您最出色的學(xué)生,而您卻是我最尊敬的老師。更能體現(xiàn)內(nèi)??刂频奶攸c(diǎn)。 介紹了 PLC 控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì),并采用菲尼克斯控制系統(tǒng)完成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),同時(shí)基于 WINCC 設(shè)計(jì)了液位過(guò)程監(jiān)控軟件,完成液位過(guò)程的流程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和處理等。 第 3步對(duì)液位進(jìn)行判定,如果當(dāng)前液位非常低則暫??刂谱饔?,直接開(kāi)大閥門放水。第二章建立的流量 液位模型與實(shí)際的流量 液位模型偏差很小,但是由于實(shí)際模型是閥門開(kāi)度 液位模型,而內(nèi)環(huán)的閥門開(kāi)度 流量控制受調(diào)節(jié)閥本身性能的影響,效果并不好,所以總的實(shí)際模型與理論模型必然有 很大的偏差,最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明結(jié)果曲線跟模型偏差較大時(shí)的仿真曲線相似。 通信模塊:可用于連接帶串口設(shè)備的 inline 通信模塊,如條形碼掃描器) 總線耦合器: INTERBUS 總線耦合器把 inline 站的模塊接入 INTERBUS 網(wǎng)絡(luò)中。 Inline 數(shù)字量輸出模塊專門用于連 接數(shù)字執(zhí)行器,例如電磁閥,接觸器或視覺(jué)指示燈。在本次試驗(yàn)過(guò)程中所使用的 PLC類型是 ILC 131 ETH;它具有功能齊全,操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)所有軟件運(yùn)行在 Windows 7 平臺(tái)上, PLC 處理器中的數(shù)據(jù)區(qū)包含了底層可以得到的信息和需要控制的目標(biāo)數(shù)據(jù)。 菲尼克斯電氣是電氣工程和自動(dòng)化領(lǐng)域的世界市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。 考慮 IMCPID 結(jié)構(gòu)在消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差方面的性能,將式 ()代入式 (),可得 1()()()1()mmmfGsCs GsfGs???? () 當(dāng) 0?s 時(shí), 1)0( ?f 且 )0()0( mm GG ?? () 將式 ()代入 ()中,可知其分母為零,即 ???0|)( ssC () 式 ()的意義是控制器 )(sC 的零頻增益為無(wú)窮大。 但是在對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)或安全生產(chǎn)要求較高的過(guò)程中,經(jīng)典 PID 控制的應(yīng)用受到了極大的限制 [16]。濾波器中的時(shí)間常數(shù) ? 是個(gè)可調(diào)整的參數(shù),時(shí)間常數(shù)越小, )(sY 對(duì) )(sR 的跟蹤滯后越小,但系統(tǒng)對(duì)模型誤差過(guò)于敏感,即魯棒性變差。但在實(shí)東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 13 際工作中,模型與實(shí)際過(guò)程總會(huì)存在誤差。這就清楚的表明,對(duì)開(kāi)環(huán)穩(wěn)定的過(guò)程而言,反饋的目的是克服過(guò)程的不確定性 [8]。如圖 27所示,可看出所得模型和實(shí)際數(shù)據(jù)之間吻合的還是不錯(cuò)的,所得模型可用。時(shí)間大概一個(gè)小時(shí)左右。通過(guò)多次試驗(yàn),選擇。 2)實(shí)驗(yàn)應(yīng)在相同條件下重復(fù)做幾次,需獲得兩次以上的比較接近的響應(yīng)曲線,從而減少干擾的影響。它的主要特點(diǎn)是不管內(nèi)部結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜或者簡(jiǎn)單,我們都認(rèn)為對(duì)其研究的對(duì)象是一無(wú)所知的,對(duì)于復(fù)雜的研究對(duì)象:內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,用機(jī)理建模很難得到確定的模型,而試驗(yàn)建模是根據(jù)被控對(duì)象外部特性來(lái)描述對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能,所以對(duì)于復(fù)雜的被控對(duì)象,試驗(yàn)建模比機(jī)理建模更具有實(shí)用性。 5)建立計(jì)算機(jī)仿真過(guò)程培訓(xùn)系統(tǒng) ──利用數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)仿真技術(shù),使操作人員可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)各種控制策略進(jìn)行定量的比較與判定。 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型描述了過(guò)程的各種輸入量(包括控制量和擾動(dòng)量)與相應(yīng)輸出量(被控量)之間的關(guān)系,即對(duì)象受到輸入及干擾作用后,被控變量響應(yīng)曲線是如何變化的、變化量為多少等,該實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的是一階特性階躍響應(yīng)曲線。 系統(tǒng)中采用的執(zhí)行器裝置有: (1)電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥,用來(lái)調(diào)節(jié)管道水流量。 系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)介 HGK1 型試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示, 圖 21 HGK1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖 HGK1 型實(shí)驗(yàn)裝置包括被控對(duì)象和控制臺(tái)兩大部分。 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 3 該論文基于內(nèi)??刂频?PID 在過(guò)程控制中的應(yīng)用研究的主要工作內(nèi)容和章節(jié)如下: 本文基于東南大學(xué)動(dòng)力樓 119實(shí)驗(yàn)室 HGK1型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),以該平臺(tái)中的液位過(guò)程為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)基于可編程序控制器( PLC)的液位控制系統(tǒng),采用內(nèi)模控制( IMC)算法,仿真并實(shí)驗(yàn)研究 IMC在該過(guò)程中的應(yīng)用效果。現(xiàn)有常見(jiàn)的綜合控制算法有:自適應(yīng)內(nèi)??刂?、魯棒內(nèi)??刂啤⒛:齼?nèi)??刂?、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)??刂啤⒒诰€性化方法的非線性內(nèi)??刂频?。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化,操作簡(jiǎn)單,在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中具有優(yōu)越的應(yīng)用價(jià)值,因此 PID控制器參數(shù)的整定方 法一直東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 2 受到國(guó)內(nèi)外控制領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和探索。與傳統(tǒng)的 PID控制系統(tǒng)相比,內(nèi)??刂朴性S多優(yōu)點(diǎn),其具有結(jié)果簡(jiǎn)單,參數(shù)整定的較少,并且在應(yīng)用過(guò)程中簡(jiǎn)化明了,在線調(diào)控也比較容易等優(yōu)點(diǎn)。因此,內(nèi)??刂撇粌H是一種實(shí)用的先進(jìn)控制算法,而且是研究預(yù)測(cè)控制等基于模型的控制策略的重要理論基礎(chǔ),以及提高常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的有力工具 [1]。仿真研究算法超調(diào)和實(shí)際水箱液位超調(diào)基本上都穩(wěn)定在設(shè)定值附近,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。內(nèi)??刂凭褪瞧渲兄唬?是以控制內(nèi)部數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),通過(guò)控制內(nèi)部模型來(lái)達(dá)到控制整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定,進(jìn)而達(dá)到工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)指標(biāo)的要求。 學(xué)生簽名: 日 期: I 基于內(nèi)模控制的 PID 在過(guò)程控制中的應(yīng)用研究 摘 要 內(nèi)??刂剖腔谶^(guò)程數(shù)學(xué)模型而進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的一種新型控制策略。仿真比較了 IMCPID 控制及 IMC 的動(dòng)態(tài)與靜態(tài)性能。 Cascade control。 內(nèi)模控制作為一種新型的控制方法,隨后又被推廣到 MIMO 系統(tǒng)。當(dāng)今的內(nèi)??刂埔言诳刂平缯加袩o(wú)可取代的一席之地。內(nèi)模控制常用的設(shè)計(jì)方法有兩 步法 [3]、零極點(diǎn)對(duì)消法、預(yù)測(cè)控制法、有限拍法 [4]、?HH2 優(yōu)化法、 IMCPID法 [5]等。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的在于掌握 IMC的工程應(yīng)用技術(shù)。 第五章 對(duì)研究工作進(jìn)行總結(jié)和展望,提出了進(jìn)一步的研究方向。輸出與被測(cè)液體的東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 6 液位壓力成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的 420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。儲(chǔ)水罐中的水通過(guò)水泵打入到塑膠透明水箱中,在水箱中的水量對(duì)底部有一定的壓力,通過(guò)液位傳感器所測(cè)出的液位信號(hào),送入 PLC中,通過(guò) PLC中的所編好的程序,輸出控制信號(hào)進(jìn)電動(dòng)閥控制端,控制電動(dòng)閥的調(diào)節(jié)來(lái)保持恒定的液位。 3)制訂工業(yè)過(guò)程的優(yōu)化控制方案 ──優(yōu)化控制往往可以在基本不增加投資與設(shè)備的情況下,獲取可觀的經(jīng)濟(jì)效益。試驗(yàn)建模就是針對(duì)所要研究的對(duì)象,人為地施加一個(gè)輸入作用,然后用儀表記錄表征對(duì)象特性的物理量隨著時(shí)間變化的規(guī)律,得到一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線。該方法是在被控對(duì)象上人為地加入階躍干擾后,通過(guò)測(cè)定被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性曲線,然后在matlable 軟件上擬合得到 TxKYY ??? ?0 ,進(jìn)而得到被控對(duì)象的抽象傳遞函數(shù)() 1p KGs Ts? ?。 液位試驗(yàn)建模 ( 1) 對(duì)于 HGK1型液位控制系統(tǒng)而言,由于管道距離很短,閥門的微小動(dòng)作都會(huì)立刻?hào)|南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 9 造成水箱液位的變化,所以認(rèn)為對(duì)于該流量 液位模型是無(wú)滯后環(huán)節(jié)的,忽略滯后時(shí)間。然后在 MATLAB中處理這些數(shù)據(jù),提高建模準(zhǔn)確性。記下此時(shí)液位 ,流量 ( 4)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,上位機(jī)以 5s歸檔周期歸檔記錄數(shù)據(jù) ( 5)在 MATLAB中處理所得數(shù)據(jù),由于實(shí)際液位數(shù)據(jù)存在抖動(dòng),先經(jīng)過(guò)擬合后,然后在擬合曲線上進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的求取。 內(nèi)??刂破髟? 內(nèi)??刂疲?IMC)從字面意思就可以知道它的含義:通過(guò) 控制被控對(duì)象的內(nèi)部模型來(lái)控制整個(gè)操作過(guò)程!內(nèi)??刂频牡湫涂驁D如圖 31所示, ++++)( sG p )( sGm)(sG c)(sR )(sD )(sY)(sU )(~ sY)(~ sD 31 內(nèi)??刂瓶驁D 由圖 31 可得內(nèi)??刂葡到y(tǒng)傳遞函數(shù)為: ?? )()()()(1 )()()( c sRsGsGsG sGsGsY cpc p ??? + ?? )()()()(1 )()(1c c sDsGsGsG sGsG mp m?? ? ( ) 在模型沒(méi)有誤差,即 )(sGm = )(sGP 時(shí),式子( )可化簡(jiǎn)為: )()]()(1[)()()()( sDsGsGsRsGsGsY pcpc ??? ( ) 若 0)( ?sD , 0)( ?sR ,由式 ()可得: )()()()( sRsGsGsY pc? () 假 設(shè) “模型可逆 ”,即)(1sGm可以實(shí)現(xiàn),可令: 1() ()cmGs Gs? () 將式 ()帶入式 (),可得 )()()()(1)( sRsRsGsGsY pm ?? () 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 12 式 ()表明內(nèi)??刂破骺纱_保輸出跟隨設(shè)定值的變化。 +++)( sG p++++)( sG p )( sG m )( sc)( s )( sY( sU+)( sR )( sY)( sC)(D )(D (a) 內(nèi)??刂谱儞Q (b) IMCPID 形式 圖 31 內(nèi)模控制的等效方框圖 由圖 32(a)的變換可得: )()(1 )()( sGsG sGsC mc c?? () 內(nèi)??刂破鞯脑O(shè)計(jì)思路清晰,步驟簡(jiǎn)單,在控制理論界和工程應(yīng)用領(lǐng)域都得到了普遍重視。添加濾波器 f ,通過(guò)選擇 r 可使)(sGc 的分母階次大于或等于分子的階次,從而保證 )(sGc 是物理可實(shí)現(xiàn)的,而且是穩(wěn)定的。 如果在液位控制系統(tǒng)中采用串級(jí)控制,就能改善過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性,迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng),提高了系統(tǒng)的工作頻率,使得系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。根據(jù)被控過(guò)程的不同, )(sC 有時(shí)未必能導(dǎo)成理想 PID 結(jié)構(gòu),在這種情況下,我們可以用經(jīng)典 PID 串聯(lián)一個(gè)一階濾波器來(lái)表示,濾波器時(shí)間常數(shù)為 F? 。 Transfer F 是液位過(guò)程的傳遞函數(shù), Transfer F1 是主回路的 PI 控制器, Gain 是液位當(dāng)前值與設(shè)定值之間的增益系數(shù),設(shè)為 1。其模塊有數(shù)字量輸入模塊,數(shù)字量輸出模塊,電源功率模塊,模擬量輸入輸出模塊,溫度測(cè)量模塊,通訊模塊,主站通訊模塊,位置測(cè)量模塊,計(jì)數(shù)器脈沖模塊,總線耦 合器,分支模塊等。作為控制中心與 I/O 層之間的接口,該系列控制器有效地在你的系統(tǒng)內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。 數(shù)字量輸入模塊: inline IO 模塊適用于節(jié)省空間的經(jīng)濟(jì)型場(chǎng)合,例如適用于僅有少數(shù)量的接線方式的機(jī)械應(yīng)用場(chǎng)合。例如IB IL AI 2/SFME 提供 2 路模擬量電壓和電流測(cè)量, IB IL AI 41 提供四路電流測(cè)量, IB IL AI 4U 提供四路電壓測(cè)量。 由于內(nèi)環(huán)是 PID調(diào)節(jié),可以不考慮 ()fGs的具體形式。然后周期執(zhí)行主程序OB1: 外環(huán) 入口 (周期 2s) 理論模型 ( ) ( ) , 1 , ,iy i h e y i i N? ? ? … 歷史值 液位 位的偏差,留待下一次 循環(huán)調(diào)用 返回 偏差 內(nèi)環(huán) 入口 (周期 ) ,得到 PID 控制量 返回 東南大學(xué)成賢學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告 21 第 l步用 調(diào)用傳感器標(biāo)定 模塊 FC3。通過(guò) Matlab仿真進(jìn) 行 IMC參數(shù)的優(yōu)化選擇,比較了 PID控制及 IMC在液位過(guò)程控制中的動(dòng)靜態(tài)性能和設(shè)計(jì)方法。 。離別在即,站在人生的又一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上,心中難免思緒萬(wàn)千, 一種感恩之情油然而生。沒(méi)有他的細(xì)心指導(dǎo)我的論文也不會(huì)順利完成,感謝他在百忙之中抽出時(shí)間幫助我搜集文獻(xiàn)資料,幫助我理清論文寫作思路,對(duì)我的論文提出了諸多寶貴的意見(jiàn)和建議,同時(shí)他的學(xué)習(xí)精神也是我效仿的榜樣,對(duì)于他的幫助我表示真摯的感謝。 Chemical Engineering, 20xx, 29(l):261271. 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