【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 調(diào)速系統(tǒng)仿真模型 單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真從原理結(jié)構(gòu)圖可知，該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。下圖是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法作的單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。（一）系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。主電路與開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，只是平波電抗器的電感值設(shè)置不同，具體不再敘述。單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。另增加了限幅器、偏置、反向器等模塊。給定信號(hào)模塊的建模和參數(shù)的設(shè)置方法與開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同。速度調(diào)節(jié)器、限幅器、偏置、反向器等模塊的建模和參數(shù)的設(shè)置方法很簡(jiǎn)單，找到相應(yīng)的模塊，進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置即可。（二）單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果輸出及結(jié)果分析。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與開環(huán)、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型一樣，主電路由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。差別在控制電路上。（一）系統(tǒng)的建模和模型參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)主電路的建模和參數(shù)的設(shè)置與單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)大部分相同，只是平波電抗器的電感值設(shè)置不同，具體不再敘述。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)的控制電路由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、限幅器、偏置電路、反向器、電流反饋環(huán)節(jié)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。給定信號(hào)模塊的建模和參數(shù)的設(shè)置方法與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同。（二）雙閉環(huán)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)速系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果輸出及結(jié)果分析。 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真模型第二章 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)部分 對(duì)溫控系統(tǒng)進(jìn)行建模及MATLAB仿真 單片機(jī)在爐溫控制系統(tǒng)中的運(yùn)用溫度是工業(yè)對(duì)象中一個(gè)主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。溫度控制是許多設(shè)備的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，以利于進(jìn)行工件的加工與處理。一直以來，人們采用了各種方法來進(jìn)行溫度控制，都沒有取得很好的控制效果。如今，隨著以微機(jī)為核心的溫度控制技術(shù)不斷發(fā)展，用微機(jī)取代常規(guī)控制已成必然，因?yàn)樗_保了生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行，提高了產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及節(jié)約了能源，并且能夠使加熱對(duì)象的溫度按照某種指定規(guī)律變化。實(shí)踐證明，用于工業(yè)生產(chǎn)中的爐溫控制的微機(jī)控制系統(tǒng)具有高精度、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，無(wú)論在提高產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)品數(shù)量，節(jié)約能源，還是改善勞動(dòng)條件等方面都顯示出無(wú)比的優(yōu)越性。單片機(jī)具有集成度高，運(yùn)算快速快，體積小、運(yùn)行可靠，價(jià)值低廉，因此在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，本文主要介紹單片機(jī)在爐溫控制中的應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)為核心控制器件，以ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器件，采用閉環(huán)直接數(shù)字控制算法，通過控制可控硅來控制熱電阻，進(jìn)而控制電爐溫度，最終設(shè)計(jì)了一個(gè)滿足要求的電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的基本工作原理整個(gè)爐溫控制系統(tǒng)由兩大部分組成。一部分由計(jì)算機(jī)和A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路組成。主要完成溫度采集，PID運(yùn)算，產(chǎn)生可控硅的觸發(fā)脈沖。另外一部分由傳感器信號(hào)放大，同步脈沖形成，以及觸發(fā)脈沖放大等組成。爐溫控制的基本原理是：改變可控硅的導(dǎo)通角即改變電熱爐加熱絲兩端的有效電壓，有效電壓可在0～140V內(nèi)變化?？煽毓璧膶?dǎo)通角為0～5bH。溫度傳感器是通過一只熱敏電阻及其放大電路組成，溫度越高其輸出電壓越小。外部LED燈的亮滅表示可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷的占空比時(shí)間，如果爐溫低于設(shè)定值則可控硅導(dǎo)通，系統(tǒng)加熱，否則系統(tǒng)停止加熱，爐溫自然冷卻到設(shè)定值。 溫度控制電路原理圖 溫控系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)1. 溫度控制算法的比較 （1）.經(jīng)典控制算法經(jīng)典控制方法是指針對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)控制問題提出并應(yīng)用得最早的控制策略，主要包括PID控制、Smith預(yù)估控制、大林算法這幾種方法。PID控制器由于具有算法簡(jiǎn)單，魯棒性好和可靠性高等特點(diǎn)，因而在實(shí)際控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制的難點(diǎn)在于如何對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行整定，以求得到最佳控制效果。然而PID在時(shí)滯過程中的應(yīng)用受到一定的限制,由于PID算法只有在系統(tǒng)模型參數(shù)為非時(shí)變的情況下,才能獲得理想效果。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。Smith預(yù)估器是得到廣泛應(yīng)用的時(shí)滯系統(tǒng)控制方法，該方法是一個(gè)時(shí)滯預(yù)估補(bǔ)償算法。它通過估計(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)過程,提高系統(tǒng)的快速性。理論上Smith預(yù)估器可以完全消除時(shí)滯的影響,但是在實(shí)際應(yīng)用中卻不盡人意,主要原因在于:Smith預(yù)估器需要確知被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,當(dāng)估計(jì)模型和實(shí)際對(duì)象有誤差時(shí),控制品質(zhì)就會(huì)嚴(yán)重惡化,因而影響了Smith預(yù)估器在實(shí)際應(yīng)用中的控制性能。大林算法是由美國(guó)IBM公司的Dahlin于1968年針對(duì)工業(yè)過程控制中的純滯后特性而提出的一種控制算法。該算法的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)合適的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z)，使整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時(shí)間等于被控對(duì)象的純滯后時(shí)間。大林算法方法比較簡(jiǎn)單，只要能設(shè)計(jì)出合適的且可以物理實(shí)現(xiàn)的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z)，就能夠有效地克服純滯后的不利影響，因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。但它的缺點(diǎn)是設(shè)計(jì)中存在振鈴現(xiàn)象，且與Smith算法一樣，需要一個(gè)準(zhǔn)確的過程數(shù)字模型，當(dāng)模型誤差較大時(shí)，控制質(zhì)量將大大惡化，甚至系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定。（2）.智能控制算法智能控制是一類無(wú)需人的干預(yù)就能夠獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的自動(dòng)控制，它包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、遺傳算法等。模糊控制是智能控制較早的形式，它吸取了人的思維具有模糊性的特點(diǎn)，從廣義上講，模糊邏輯控制指的是應(yīng)用模糊集合理論，統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)的一種控制方式，模糊控制不需要精確的數(shù)學(xué)模型，是解決不確定性系統(tǒng)控制的一種有效途徑。模糊控制是一種基于專家規(guī)則的控制方法。在時(shí)滯過程中,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程，其中模糊規(guī)則是最重要的。但是,模糊控制存在控制精度不高、算法復(fù)雜等缺點(diǎn)。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。人們普遍認(rèn)為，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的智能性、魯棒性均較好，能處理高維、非線性、強(qiáng)耦合和不確定性的復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)工程的控制問題，其顯著特點(diǎn)是具有學(xué)習(xí)能力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)在于能夠充分逼近任意復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，且有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性。一般來說，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于控制有兩種方法，一種是用來實(shí)現(xiàn)建模，一種是直接作為控制器使用。與模糊控制一樣，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也存在算法復(fù)雜的缺點(diǎn)，同時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練比較費(fèi)時(shí)，對(duì)訓(xùn)練集的要求也很高。經(jīng)典控制方法由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性及實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。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。而智能控制是非參數(shù)模型的控制方法，因而在魯棒性、抗干擾能力方面有很大的優(yōu)勢(shì)。但智能控制也有其不足之處，即理論性太強(qiáng)，算法過于復(fù)雜，大多數(shù)方法還僅局限于理論和仿真研究，能在試驗(yàn)裝置上和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的并不多。根據(jù)這兩類控制方法的特點(diǎn)，將它們結(jié)合起來進(jìn)行復(fù)合控制是一種有效的時(shí)滯系統(tǒng)控制策略，成功的應(yīng)用有模糊PID控制、模糊Smith控制、神經(jīng)元Smith預(yù)估控制、SmithNN預(yù)估控制等。這些方法既能利用經(jīng)典控制方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性和實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，又能發(fā)揮智能控制自適應(yīng)性和魯棒性好，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了各自的不足，在大時(shí)滯控制系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。2. 控制算法的選擇PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)最成熟的、應(yīng)用最廣泛的一種控制算方法。它結(jié)構(gòu)靈活，不僅可以用常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，而且可以根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用各種PID的變型，如PI、PD控制及改進(jìn)的PID控制等。它具有許多特點(diǎn)，如不需要求出數(shù)學(xué)模型、控制效果好等，特別是在微機(jī)控制系統(tǒng)中