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正文內(nèi)容

基于matlab的恒溫箱溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真畢業(yè)設(shè)計(jì)(專(zhuān)業(yè)版)

  

【正文】 應(yīng)該說(shuō),人都 有七情六欲,但要是不能忍耐的話(huà),那些不應(yīng)有的欲望和需求就會(huì)毀掉你的人格人品,使你跌跟頭、犯錯(cuò)誤。誠(chéng)心主要指一個(gè)人誠(chéng)實(shí)守信,包 含兩個(gè)方面:一是誠(chéng)實(shí)做人。年輕干部的創(chuàng)新能力主要包括健康獨(dú)立的個(gè)性、強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)的批判精神、腳踏實(shí)地的實(shí)干精神等。作為一名年輕干部 ,應(yīng)該具備多種能力 ,其中一項(xiàng)重要能力就是學(xué)習(xí)能力,這也是一種工作能力 ,是形成核心競(jìng)爭(zhēng)力的基礎(chǔ)性條件。 (一)個(gè)人核心競(jìng)爭(zhēng)力的性質(zhì) 。二是要嚴(yán)格落實(shí)培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)使用規(guī)定,加強(qiáng)培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)的管理。結(jié)合工作熱點(diǎn)、難點(diǎn),全面推進(jìn)全員安全文化教育,促進(jìn)全體員工對(duì)安全生 40 產(chǎn)的相關(guān)文件和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)有效領(lǐng)會(huì)與全面掌握。 三是安全知識(shí)培訓(xùn)覆蓋率達(dá) 100%。 站在這里我怎能忘記為延長(zhǎng)石油發(fā)展殫精竭慮的他。我們每一名石油人的切身利益都和延長(zhǎng)石油的生存和發(fā)展息息相關(guān)。調(diào)動(dòng)全班同學(xué)的積極性,使他們普遍感到:這是我們自己的活動(dòng),我們要?jiǎng)幽X筋想辦法,在活動(dòng)中顯身手,顯才華。蘇聯(lián)著名教育家烏申斯基說(shuō)過(guò): 如果教育家希望從一切方面去教育人,那么就必須從一切方面去了解人。 在我的論文完成過(guò)程 中,我宿舍的同學(xué)在學(xué)習(xí)上和生活上給了我很大的幫助,在此要向他們表示感謝。 23 圖 4 模糊 PID控制原理圖 圖 5 變量的隸屬度函數(shù) 模糊規(guī)則的建立 模糊推理 模糊化 模糊化 模糊推理 清晰化 清晰化被控對(duì)象 PID 控制器 PID控制器被控對(duì)象 de/dt R + —— e ec Kp Ti Td Y 24 模糊控制器的核心是“ IF...THEN...”形式的模糊控制規(guī)則,控制規(guī)則的選取直接關(guān)系到系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣,是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。對(duì)應(yīng)于誤差變化率 EC 的語(yǔ)言變量,可分為 7 個(gè)模糊狀態(tài): PL,PM,PS,ZE,NS,NM,NL。 ( 3)模糊控制具有較強(qiáng)的魯棒性,干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減弱,可用于有時(shí)變、非線(xiàn)性等特性的復(fù)雜系統(tǒng)的控制。模糊控制屬于智能控制,適用于非線(xiàn)性、時(shí)變、時(shí)滯系統(tǒng),同時(shí)模糊控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,參數(shù)整定方便,因此它成為目前智能控制中一種重要的方式 [12]。這樣 ,在改變給定值時(shí),輸出不會(huì)改變,而被控量的變化通常是比較緩和的。一般來(lái)說(shuō),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于控制有兩種方法,一種是用來(lái)實(shí)現(xiàn)建模,一種是直接作為控制器使用。它通過(guò)估計(jì)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 ,用一個(gè)預(yù)估模型進(jìn)行補(bǔ)償 ,從而得到一個(gè)沒(méi)有時(shí)滯的被調(diào)節(jié)量反饋到控制器 ,使得整個(gè)系統(tǒng)的控制就如沒(méi)有時(shí)滯環(huán)節(jié) ,減小超調(diào)量 ,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性并且加速調(diào)節(jié)過(guò)程 ,提高系統(tǒng)的快 6 速性 [5]。因此可以廣泛適用于藥物、紡織、食品加工等無(wú)菌試驗(yàn)、穩(wěn)定性檢查以及工業(yè)產(chǎn)品的原料性、產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品壽命等測(cè)試。為了控制恒溫箱的溫度,常采用 最早在時(shí)滯系統(tǒng)控制中應(yīng)用的經(jīng)典控制方法和近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的智能控制方法,同時(shí)二者相結(jié)合的復(fù)合控制方法由于具有二者的優(yōu)點(diǎn),因此也逐漸受到廣泛的應(yīng)用。許多學(xué)者提出了多種模糊 PID控制算法 ,設(shè)計(jì)了多種模糊 PID控制器 ,如與時(shí)間無(wú)關(guān)的確定性模糊 PID控制器 ,自適應(yīng)模糊 PID控制器 ,使得控制性能得到了很大的改善。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是研究和利用人腦的某些結(jié)構(gòu)機(jī)理以及人的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。但是在一個(gè)具有純滯后的系統(tǒng)中,采用常規(guī)的PID控制時(shí),存在的主要 缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)較差 [9]。 算法仿真 通過(guò)上文的分析,確定了系統(tǒng)的參數(shù),在 MATLAB環(huán)境下,建立 Simulink仿真框圖,對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真并檢測(cè)控 制效果。它包含以下兩部分內(nèi)容: ( 1) 將模糊的控制量經(jīng)清晰化變換,變成表示在論域范圍的清晰量; ( 2) 將表示在論域范圍的清晰量經(jīng)尺度變換成實(shí)際的控制量。反之,當(dāng)輸入誤差在低分辨率的模糊子集上變化時(shí),所引起 輸出變化比較平緩。模糊 PID控制器原理框圖如圖 4所示: 模糊控制器的設(shè)計(jì) 模糊子集的選取 PID參數(shù)模糊自整定是找出 PID的 3個(gè)參數(shù)與 E和 EC之間的模糊關(guān)系,在運(yùn)行中不斷檢測(cè) E和 EC,根據(jù)模糊控制規(guī)則對(duì) 3個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線(xiàn)修正,從而使被控對(duì)象具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。 模糊 PID 控制的仿真 參考文獻(xiàn) 28 [1] 宋子巍,陳思忠,楊林 《模糊 PID控制的 MATlAB仿真分析》,北京:北京理工大學(xué) [2] 李正軍 《 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 》 ,北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [3] 愈瑞釗,史濟(jì)建 《 人工智能原理與技術(shù) 》 ,浙江:浙江大學(xué)出版社, 1993 [4] 張志 杰 《燃煤鍋爐模糊 PID 控制算法研究與引用》,大慶石油學(xué)院 [5] 楊紅,陳穎 《基于模糊 PID 控制算法的溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》,廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào), [6] 李洪興,王加銀,苗志宏 《模糊控制系統(tǒng)的建模》,中國(guó)科學(xué), A輯, 2020 [7] 樓世博,孫章,陳化成 《模糊數(shù)學(xué)》,科學(xué)出版社, 1982 [8] 李少遠(yuǎn),王景成 《智能控制》,北京:機(jī)械工業(yè)出版社, [9] 屠乃威,付華,閻馨 《參數(shù)自適應(yīng)模糊 PID控制器在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》,遼寧工程技術(shù)大學(xué) [10] 耿瑞 《基于 MATLAB的自適應(yīng)模糊 PID控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真》,哈爾濱,載《信息技術(shù)學(xué)報(bào)》, 2020第 1期 [11] 劉金琨 《先進(jìn) PID控制及其 MATLAB仿真》,北京:電子工業(yè)出版社, 2020 29 答 謝 在論文完成之際,我要向所有關(guān)心過(guò)我和幫助過(guò)我的老師和同學(xué)致以最真摯的謝意。 一、關(guān)愛(ài)學(xué)生,用愛(ài)撐起一片藍(lán)天 1、溝通是教育的前提。 1、 創(chuàng)設(shè)有特色的班級(jí)文化 ①、舉行主題鮮明的班隊(duì)活動(dòng)。望前方,情長(zhǎng)路更長(zhǎng)。但是,我們從不后悔,始終執(zhí)著地工作著,默默地奉獻(xiàn)著。 二、工作目標(biāo) (一) 十三五 規(guī)劃員工培訓(xùn)工作目標(biāo) 切實(shí)根據(jù)公司的戰(zhàn)略發(fā)展對(duì)人力資源的需求,多措并舉,大力加強(qiáng)員工培訓(xùn)工作,全面實(shí)現(xiàn) 三有一強(qiáng) : 一是建有處室自己的培訓(xùn)計(jì)劃; 二是建有處室自己的培訓(xùn)體系; 三是建有處室自己的培訓(xùn)機(jī)制; 四是建強(qiáng)處室 自己的培訓(xùn) 講師團(tuán) 。 安全,是企業(yè)開(kāi)展生產(chǎn)的生命線(xiàn)。 為了進(jìn)一步抓好員工培訓(xùn)管理工作,保衛(wèi)處將進(jìn)一步加強(qiáng)培訓(xùn)機(jī)制建設(shè),完善培訓(xùn)管理體系。 為了確保員工培訓(xùn)管理工作真抓真管、善始善終、取得實(shí)效,保衛(wèi)處將進(jìn)一步構(gòu)建完善員工培 訓(xùn)的長(zhǎng)效機(jī)制,推進(jìn)處室員工培訓(xùn)工作常態(tài)化。核心競(jìng)爭(zhēng)力是一種以知識(shí)為基礎(chǔ)而形成的能力 ,,是一種積累性的學(xué)識(shí)。 。特別是在是非面前,要一是一,二是二,決不能模棱兩可,含糊其辭。所以,年輕干部要把自己所在單位每一個(gè)人的事情,都當(dāng)成大家的事去做,當(dāng)成大家事去相互關(guān)心,熱情幫助,就會(huì)形成團(tuán)隊(duì)精神。 五是 善心 。人與人相處,要以誠(chéng)為本,不要自己認(rèn)為自己很聰明,更不要耍小聰明。有了創(chuàng)新意識(shí) ,才能主動(dòng)研究新情況、解決新問(wèn)題 ,才能及時(shí)抓住機(jī)遇、推動(dòng)工作創(chuàng)新。學(xué)習(xí)是年輕干部成長(zhǎng)發(fā)展的前提 ,是創(chuàng)造力的源泉。通常來(lái)說(shuō) ,一項(xiàng)競(jìng)爭(zhēng)力越是來(lái)源于知識(shí)與技能的綜合 ,就越難找到戰(zhàn)略上的替代物。 培訓(xùn)課程一般以課堂教學(xué)為主,以實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練和現(xiàn)場(chǎng)演練為輔,教學(xué)形式欠靈活,導(dǎo)致員工因培訓(xùn)形式老舊、無(wú)新意而降低參與的積極性。針對(duì)職業(yè)、非職業(yè)駕駛員,組織開(kāi)展駕駛安全教育培訓(xùn),進(jìn)一步鞏固駕駛員的安全駕駛知識(shí),全面增強(qiáng)駕駛員的安全駕駛意識(shí),有效杜絕有責(zé)交通事故發(fā)生。 39 (一)加強(qiáng)人才培養(yǎng)教育,提高員工隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。多少次,他那小小的辦公室里擠滿(mǎn)了前來(lái)接受任務(wù)的職工;多少次,他為了職工的安心,自己卻沒(méi)有睡上安穩(wěn)覺(jué);又有多少次,他頂風(fēng)踏露,披星戴月檢查設(shè)備的安全,繁忙的建廠(chǎng)搬遷工作,讓他忘記了的身體健康,忘記了為他熱了一次又一次飯菜的老伴, 37 忘 記了一遍遍催他注意身體的父母。 什么是奉獻(xiàn)?愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò): 一個(gè)人的價(jià)值,應(yīng)該看他貢獻(xiàn)了什么,而不是得到了什么。通過(guò)這次活動(dòng),同學(xué)們受到感染和熏陶,思維受到開(kāi)拓、發(fā)展,增強(qiáng)了集體凝聚力和學(xué)生的使命感,又豐富了他們的精神世界,呼喚了愛(ài)與真誠(chéng)。我深知,生活在單親家庭中的孩子情感脆弱,性格孤僻、倔強(qiáng)、逆反心理強(qiáng),因此,在日常的生活學(xué)習(xí)中,我會(huì)不經(jīng)意地送給他們一個(gè)親切的微笑,一 個(gè)滿(mǎn)意的贊許,一個(gè)溫馨的眼神,一個(gè)慈祥的撫摸,讓他們感受到老師真摯的愛(ài),使這些原本不幸的孩子在班集體這個(gè)大家庭里變得開(kāi)朗活潑、樂(lè)觀向上,有著較強(qiáng)的集體榮譽(yù)感。另外,十分感謝西北民族大學(xué)和電氣工程學(xué)院給了我這么好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。 ( 2)當(dāng) E 和 EC 為中等大小時(shí) ,為使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)較小 , PK 應(yīng)取得小一些。 選取各輸入量與輸出量的論域?yàn)?: 輸入變量 (E)的模糊論域取 {6, 5, 4, 3, 2, 1 , 0, +l, +2, +3,+4, +5, +6}; 輸入變量 (EC)的模糊論域取 {6, 5, 4, 3, 2, l, O, +l, +2, +3,+4, +5, +6}; 輸出變量 (U)的模糊論域取 {6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6}。 同時(shí)模糊控制還具有如下的缺陷: ( 1) 模糊控制對(duì)比較復(fù)雜的不確定性系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)往往精度較低,總結(jié)控制規(guī)則過(guò)分依賴(lài)現(xiàn)場(chǎng)操作,調(diào)試時(shí)間長(zhǎng)。一般選取誤差信號(hào) E(或 e)和誤差變化信號(hào) EC(或 ec)作為模糊控制器的輸入變量,而把受控變量的變化 y 作為輸出變量。時(shí)域測(cè)定法所采用的測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單,測(cè)試工作量小,因而應(yīng)用廣泛。但它們都是基于參數(shù)模型的控制方法,因而自適應(yīng)性和魯棒性差、對(duì)模型精確性要求高、抗干擾能力差。 大林算法是由美國(guó) IBM公司的 Dahlin于 1968年針對(duì)工業(yè)過(guò)程控制中的純滯后特性而提出的一種控制算法。 Matlab 是矩陣實(shí)驗(yàn)室( Matrix Laboratory)的簡(jiǎn)稱(chēng),是美國(guó) MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境 [2]。通過(guò)對(duì)這幾種算法的仿真與研究,發(fā)現(xiàn) PID 整定好的參數(shù)不能長(zhǎng)期適應(yīng)系統(tǒng)模型,需要不斷對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定,才能達(dá)到較好的控制效果;模糊控制不依賴(lài)于系統(tǒng)的精確模型,是解決不確定性系統(tǒng)的一種有效途徑,但控制精度不高,且量化因子和比例因子確定后,其適應(yīng)能力有限制;而模糊 PID 控制方法具備了模糊控制和 PID 控制各自的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)具有很強(qiáng)的魯棒性和適應(yīng)能力。當(dāng)一個(gè)調(diào)好參數(shù) PID控制器被應(yīng)用到模型參數(shù)時(shí)變系統(tǒng)時(shí) ,系統(tǒng)的性能會(huì)變差 ,甚至不穩(wěn)定 [4]。在時(shí)滯過(guò)程中 ,模糊控制一般是針對(duì)誤差和誤差變化率而進(jìn)行的 ,將輸入量的精確值模糊化 ,根據(jù)輸入變量和模糊規(guī)則 ,按照模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量 ,再將它清晰化 ,得到精確輸出控制過(guò)程,其中模糊規(guī)則是最重要的。 對(duì)于 PID控制算法,主要研究當(dāng)取不同數(shù)學(xué)模型時(shí)對(duì)系統(tǒng)性能的影響;對(duì)于模糊控制算法,重點(diǎn)在于模糊控制器的設(shè)計(jì)、模糊子集的選取、模糊規(guī)則的確立以及模糊推理;對(duì)于模糊 PID算法,模糊控制器以誤差 E和誤差變化率 EC作為輸入,控制的關(guān)鍵是找出 PID三個(gè)參數(shù) PK 、 iT 和 dT 與 E和 EC之間的模糊關(guān)系,在運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè) E和 EC,再根據(jù)模糊控制原理來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì) PK 、 iT和 dT 的在線(xiàn)修改,從而滿(mǎn)足控制的要求。 參數(shù)的特點(diǎn) 在 PID控制中 pk 、 iT 、 dT 具有以下特點(diǎn) : ( 1)比例增益 pk 增大,可以加快響應(yīng)速度 , 減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差 , 提高控制精度,但是過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào),甚至導(dǎo)致不穩(wěn)定; ( 2)積分作用主要是消除系統(tǒng)靜態(tài)誤差,加強(qiáng)積分作用 , 有利于減小系統(tǒng)靜差 , 但是 iT 過(guò)大 , 會(huì)加大超調(diào) , 甚至引起振蕩; ( 3)微分作用可以改善動(dòng)態(tài)性能,增大微分增益 dT , 有利于加快系統(tǒng)響應(yīng),使系統(tǒng)超調(diào)量減小,穩(wěn)定性增加 , 但對(duì)擾動(dòng)敏感 , 抑制外擾能力減弱;若 dT 過(guò)大 , 會(huì)使調(diào)節(jié)過(guò)程出現(xiàn)超調(diào)減速 , 調(diào)節(jié)時(shí)間增長(zhǎng);反之 , 若 dT 過(guò)小 ,系統(tǒng)響應(yīng)變慢 , 穩(wěn)定性變差。它們反應(yīng)了控制專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí); 模糊推理是模糊控制器的核心,它具有模擬人的基于模糊概念的推理能力。因此,在選擇模糊狀態(tài)時(shí),必須兼顧簡(jiǎn)單性和靈活性。 21 表 3 模糊控制表 EC U E 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4
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