【正文】 建高效的監(jiān)控系統(tǒng)，但因其腳本語言簡單，無法進行復雜的數(shù)值計算和分析。通過采用最小方差自校正控制，有效地解決了流體控制過程中參數(shù)調(diào)節(jié)不方便，以及系統(tǒng)控制精度低等缺陷。 硬件系統(tǒng)部分參數(shù)電器/組件名稱產(chǎn)地（品牌）規(guī) 格CPU三菱16點模擬量輸入模塊三菱4入模擬量輸出模塊三菱4出變頻器三菱磁力泵中耐20LPM, 揚程5m可控硅調(diào)壓模塊韓國25A電動調(diào)節(jié)球閥多立恒AC24V,執(zhí)行時間72sec變壓器德力西25A變頻器：系統(tǒng)在進行液位、壓力、流量控制時，動力機構為三菱FX2N變頻器和中耐的磁力泵。 調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構或氣動執(zhí)行機構和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。（2）線性特性（線性） 線性特性的相對行程和相對流量成直線關系。C, 420mA, DC24V超聲波液位計美國501200mm, 420mA, DC24V變送器由擴散硅壓力芯片和信號處理電路組成，當外加壓力時，被測介質的壓力直接作用于傳感器的壓力芯片上，使壓力芯片產(chǎn)生與介質壓力成正比的微小位移，電子線路檢測這一位移量后，轉換成對應的工業(yè)測量信號，再經(jīng)信號處理電路對其補償、放大，并轉換為與輸入壓力成線性對應關系的標準電流（或電壓）輸出信號。軟件部分包括系統(tǒng)常規(guī)控制軟件(PLC程序，簡稱“系統(tǒng)軟件”)和自校正控制應用軟件(MATLAB程序，簡稱“應用軟件”)。MCGS通過串行口與PLC進行通信，訪問PLC相關的寄存器地址，以獲得PLC所控制設備的狀態(tài)或修改相關寄存器的值。這是一個弊端，需要改進。同時，一個程序可以同時是Client和Server。MCGS的主題規(guī)定為“DataCentre”。MCGS同樣具備作為DDE服務器或客戶端的強大功能。format表示DDE和Windows剪貼板交互信息的方式。具有故障報警，可脫離上位機實現(xiàn)PID實時控制作用，但不能實現(xiàn)自適應控制。2. PC機軟件設計在實現(xiàn)自校正控制器的過程中，在獲取y(t)和生成控制u(t)之間，需要進行適量的計算，這就可能帶來一個時間延遲。 最小方差自校正控制算法流程圖最小方差自校正控制在流體過程實驗裝置中的應用 第四章 流體過程控制系統(tǒng)人機界面設計第四章 流體過程控制系統(tǒng)人機界面設計MCGS是北京昆侖通態(tài)開發(fā)的專門用于自動化生產(chǎn)過程的監(jiān)控軟件。 MCGS組態(tài)與運行環(huán)境MCGS組態(tài)軟件五大組成部分（）： MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構成，每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。 新建用戶窗口(2) 雙擊打開此畫面，并繪制控制界面圖形。這些通道不會被全部使用，我們將其作為預留通道。 通道的數(shù)據(jù)處理同樣的，將電磁閥開度D12的通道進行工程轉換，但電磁閥所使用的是420mA的輸出，其數(shù)字范圍為01000，開度范圍為0%100%。 工程下所有用戶窗口當運行MCGS組態(tài)應用程序時，在該界面可以根據(jù)PLC程序選擇進入不同的實驗項目。當點擊“參數(shù)設置”，可進入PID參數(shù)設置窗口。 a的參數(shù)估計收斂圖形 b的參數(shù)估計收斂圖形 c的參數(shù)估計收斂圖形 遞推增廣最小二乘法仿真圖形辨識所得到的估計值與真值的差值都比較小，在允許的范圍內(nèi)，可見用最小二乘法可以對系統(tǒng)進行良好的參數(shù)估計。采用最小方差間接自校正控制算法的仿真效果（），取d=4時， 最小方差間接自校正算法在時滯為4時的最小相位系統(tǒng)中的控制效果例52. 如下非最小相位系統(tǒng)其中， 式中，為方差為1的白噪聲，時滯d=3，. 最小方差間接自校正算法在時滯為3時的非最小相位系統(tǒng)中的控制效果 仿真小結，最小方差自校正間接算法和最小方差自校正直接算法的控制效果相同。 實驗結果分析以流量控制為例，來說明采用最小方差自校正控制和常規(guī)PID的差異。此外，對于非最小相位系統(tǒng)，此算法導致了系統(tǒng)的發(fā)散，這是基于最小方差控制的自校正調(diào)節(jié)器的致命弱點。期望輸出為幅值為10的方波信號，用增廣遞推最小二乘法進行參數(shù)估計，采用最小方差直接自校正控制算法。取初值。該界面包括項目目標、控制界面、實驗動畫、實時液位曲線、磁力泵頻率等等。并將“磁力泵頻率”等參數(shù)連接至其相應的曲線圖表中。7． 通道的數(shù)據(jù)處理將通道49，即磁力泵頻率D10，進行工程轉換操作。 三菱_FX系列編程口內(nèi)部屬性5. 在通道屬性設置中添加需要連接的寄存器。 MCGS組態(tài)環(huán)境 新建工程（3）單擊文件菜單，彈出下拉菜單，單擊工程另存為，彈出文件保存窗口，輸入流體過程控制系統(tǒng)。用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。在所有自校正算法中，遞推參數(shù)估計器是關鍵。調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，如果增益常數(shù)過大，積分時間常數(shù)過小，則得到的控制量出現(xiàn)過大的現(xiàn)象，造成系統(tǒng)具有很大的超調(diào)量。1. PLC軟件設計本文中PLC編寫是采用編程軟件GX Developer來完成。callback指item中元素變化時自動調(diào)用的回調(diào)函數(shù)，如果沒有回調(diào)函數(shù)，則設置為“：”。 DDE輸出設置 DDE輸入設置2）DDE輸入設置首先應配置服務節(jié)點，選擇“服務點配置”按鈕，打開DDE服務節(jié)點配置對話框，選擇“增加”，打開DDE服務節(jié)點對話框，在服務名中填入對應的DDE地址的第一節(jié)（符號 | 前而的部分，不包括 | ）, 在主題名中填入對應DDE地址的第二節(jié)（符號 | 與 ! 之簡的部分），并選“確認”；在連接項目中，填入DDE地址的第三節(jié)（符號 ！之后的部分）。 進行DDE通訊的應用程序相互間是通過三個標識名來約定的，即一方的應用程序要想獲取另一方的數(shù)據(jù)，必須定義另一方的三個標識: 應用程序名:即進行DDE對話的雙方的名稱，MCGS的應用程序名為“MCGSRun”。此外，通過DDE方式建立的數(shù)據(jù)連接信道是雙向的，即Client不但可以讀取Server中的數(shù)據(jù)，而且可以對其進行修改。通訊完畢后，可先在GX Developer上查看數(shù)據(jù)是否傳送成功而顯示，然后再查看MCGS的運行情況。熱電阻傳感器是利用導體或半導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。 2．檢測變送器本系統(tǒng)的檢測變送器主要是液位、流量、液位和溫度傳感器四種。三種注量特性的意義如下： （1）等百分比特性（對數(shù)） 等百分比特性的相對行程和相對流量不成直線關系，在行程的每一點上單位行程變化所引起的流量的變化與此點的流量成正比，流量變化的百分比是相等的。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥等。 系統(tǒng)控制方式流程圖 硬件系統(tǒng)介紹 流體過程控制裝置的組成H1流體過程控制實訓設備主要硬件有上位機、三菱FX2N PLC、電動調(diào)節(jié)球閥、變頻器、磁力泵、可控硅調(diào)壓模塊、壓力變送器、渦輪流量計、PVC安裝接頭、溫度變送器、超聲波液位計、電極式液位控制器和兩個水箱等。既可實現(xiàn)實用的人機對話界面、應用多種高級算法，又可使系統(tǒng)開發(fā)效率大大提高，開發(fā)的程序更加穩(wěn)定可靠，也可以按照要求變化更新算法。由于自校正調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性的必要條件從理論上沒有解決[21]，而充分條件理論上已經(jīng)推導出，所以自校正調(diào)節(jié)器閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性常常通過仿真試驗來研究。具體算法小結如下：(1) ()和()； 其中， (2)參數(shù)估計：依據(jù)(1)所述模型利用增廣最小二乘法估計模型參數(shù)； (3)按丟番方程()解出和；(4)計算控制信號：如果，最小方差自校正調(diào)節(jié)器按式()計算；如果，則最小方差自校正調(diào)節(jié)器按式()計算； 每一次采樣，重復（2）~（4）步驟，且將每次計算出的加到被控對象上。 ② 最小方差控制對靠近單位圓的穩(wěn)定零點非常靈敏。解決這個問題的方法是將其化成遞推算法，其基本思想可以概括為新的估計值=舊的估計值+修正項設單輸入單輸出系統(tǒng)采用如下CARMA模型 ()將CARMA模型寫成最小二乘形式，即 ()式中 ()由于中的不可測，所以只能用其估計值來代替，即 ()且可取或。這類辨識方法就其不同的基本理論來說又可以分成三種不同的類型：第一種稱作最小二乘類法。這是因為對象的動態(tài)特性被認為必然表現(xiàn)在它的變化著的輸入輸出數(shù)據(jù)之中，辨識只不過是利用數(shù)學的方法從數(shù)據(jù)序列中提煉出對象的數(shù)學模型而已?，F(xiàn)在將最小方差控制器的一些主要結果匯總如下：（1）設被控過程可以用以下差分過程描述： 其中，{}是獨立、N(0, )的隨機變量序列，假定多項式A、B、C都是穩(wěn)定多項式，那么當時，最小方差控制律為： 當時，最小方差控制律為： 其中，多項式、的階次分別為（d1）和（），多項式的系數(shù)可以通過解下列等式來確定： ()（）式稱為丟番方程（Diophantine Equation）。這樣，與獨立，而的階次必須等于。假設擾動平穩(wěn)，即多項式的零點在單位圓內(nèi)。一種估計受控系統(tǒng)模型本身的位置參數(shù)，這樣的自校正算法稱為顯式算法。最小方差自校正控制在流體過程實驗裝置中的應用 第二章 自校正調(diào)節(jié)系統(tǒng)第二章 自校正調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一個自適應控制系統(tǒng)必須連續(xù)地提供受控系統(tǒng)的當前狀態(tài)信息，也就是必須對過程進行辨識；然后將系統(tǒng)的當前性能與期望的最優(yōu)性能進行比較，做出使系統(tǒng)趨向期望的或最優(yōu)的性能的決策；最后，必須控制其進行適當?shù)男拚?，以驅使系統(tǒng)階接近最優(yōu)狀態(tài)。最后介紹了本文的主要研究內(nèi)容。主動懸架系統(tǒng)[18]能使車輛的乘坐舒適性和操縱穩(wěn)定性同時得到改善,其中執(zhí)行機構和控制算法的優(yōu)劣決定了該系統(tǒng)的性能。窯爐控制系統(tǒng)[15]，具有時變性，這就不可能得到系統(tǒng)的精確數(shù)學模型，使得零極點實現(xiàn)精確對消成為不可能；另一方面，隧道窯爐系統(tǒng)具有傳輸延時性，有可能使得系統(tǒng)成為一個非最小相位系統(tǒng)?；贐P網(wǎng)絡參數(shù)自調(diào)整的廣義最小方差自校正控制[13]，用BP網(wǎng)絡學習功能來實現(xiàn)廣義最小方差自校正控制器的參數(shù)自修正。其吸引力在于：能夠充分逼近任意復雜的非線性關系；能夠學習與適應嚴重不確定性系統(tǒng)的動態(tài)特性；有高度的魯棒性和容錯能力和并行分布處理能力。1976年，英國劍橋大學的Edmunds提出了極點配置自校正控制技術[8]、[9]。瑞典隆德工學院的Astrom和Wittenmark提出了最小方差自校正調(diào)節(jié)器[6]，它是最小方差調(diào)節(jié)器的自然發(fā)展。模型參考自適應系統(tǒng)源于確定性的伺服問題，而校正調(diào)節(jié)系統(tǒng)源于隨機調(diào)節(jié)問題，盡管它們的來源不同，但實際上它們的機理屬于同一類型。七十年代以來，由于空間技術和過程控制的需要，特別是在微電子技術、計算機技術的推動下，自適應控制的理論和設計方法有了長足的發(fā)展，它已成為現(xiàn)代控制理論中的一個十分活躍和富有魅力的重要科學領域。為滿足現(xiàn)場總線通訊的開發(fā)性和互操作性的要求，現(xiàn)場總線儀表是智能儀表。綜合自動化是當代工業(yè)自動化的主要潮流。先進過程控制軟件的控制策略包括：雙重控制和閥位控制，時滯補償控制，解耦控制，自適應控制，差拍控制，狀態(tài)反饋控制，多變量預測控制、推斷控制及軟測量技術、智能控制等。第五階段從20世紀80年代開始，隨著計算機技術、顯示技術、控制技術、通訊技術的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程控制得以飛速的發(fā)展。為適應工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求，一些復雜控制系統(tǒng)得到開發(fā)，并在實踐應用中被證明有良好控制效果，組合式儀表得到廣泛應用，氣動和電動單元組合儀表成為當時控制儀表的主流。本文將最小方差自校正控制應用在該實驗裝置中，使實驗獲得控制效果更好，能夠促進和推廣自動控制理論尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和應用。因此對這理論進行研究和驗證是非常必要的。下位機采用PLC可編程控制器，可實現(xiàn)過程的實時PID控制。最小方差自校正調(diào)節(jié)器是按最小輸出方差結合自校正控制律，采用遞推最小二乘參數(shù)估計算法直接估計控制器參數(shù)。將最小方差自校正控制算法應用在流體過程控制實驗平臺中，使得控制效果有了較大的提高。在理論研究方面，我國學者也取得了一系列有價值的研究成果。該階段控制理論采用的數(shù)學方法是微積分解析方法，以研究單輸入、單輸出控制系統(tǒng)為主，被控變量是常用的過程參數(shù)，例如溫度、壓力、流量和液位等，采用的儀表是基地式儀表和部分氣動單元組合儀表。代表成果是極小值原理．動態(tài)規(guī)劃、隨機性系統(tǒng)的最小二乘估計等，現(xiàn)代控制理論的可控性，可觀性，實現(xiàn)理論．規(guī)范型和分解定理等基本理論的建立，使控制從工程設計上升到一門新的學科，系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計、隨機控制、自適應控制和魯棒控制等控制領域的