【文章內(nèi)容簡介】 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、直流電動機、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、直流電動機、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。給定信號模塊的建模和參數(shù)的設置方法與開環(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)的設置方法很簡單，找到相應的模塊，進行相應參數(shù)的設置即可。（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、直流電動機、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)無靜差調(diào)速系統(tǒng)主電路的建模和參數(shù)的設置與單閉環(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置不同，具體不再敘述。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)無靜差調(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。給定信號模塊的建模和參數(shù)的設置方法與單閉環(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 計算機控制技術(shù)部分 對溫控系統(tǒng)進行建模及MATLAB仿真 單片機在爐溫控制系統(tǒng)中的運用溫度是工業(yè)對象中一個主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因為它直接影響燃燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學過程。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)，以利于進行工件的加工與處理。一直以來，人們采用了各種方法來進行溫度控制，都沒有取得很好的控制效果。如今，隨著以微機為核心的溫度控制技術(shù)不斷發(fā)展，用微機取代常規(guī)控制已成必然，因為它確保了生產(chǎn)過程的正常進行，提高了產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，減輕了工人的勞動強度以及節(jié)約了能源，并且能夠使加熱對象的溫度按照某種指定規(guī)律變化。實踐證明，用于工業(yè)生產(chǎn)中的爐溫控制的微機控制系統(tǒng)具有高精度、功能強、經(jīng)濟性好的特點，無論在提高產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)品數(shù)量，節(jié)約能源，還是改善勞動條件等方面都顯示出無比的優(yōu)越性。單片機具有集成度高，運算快速快，體積小、運行可靠，價值低廉，因此在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡技術(shù)等方面得到廣泛應用，本文主要介紹單片機在爐溫控制中的應用。 本設計以89C51單片機為核心控制器件，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，進而控制電爐溫度，最終設計了一個滿足要求的電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的基本工作原理整個爐溫控制系統(tǒng)由兩大部分組成。一部分由計算機和A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路組成。主要完成溫度采集，PID運算，產(chǎn)生可控硅的觸發(fā)脈沖。另外一部分由傳感器信號放大，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ń菫?～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通與關(guān)斷的占空比時間，如果爐溫低于設定值則可控硅導通，系統(tǒng)加熱，否則系統(tǒng)停止加熱，爐溫自然冷卻到設定值。 溫度控制電路原理圖 溫控系統(tǒng)控制算法設計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時滯系統(tǒng)控制問題提出并應用得最早的控制策略，主要包括PID控制、Smith預估控制、大林算法這幾種方法。PID控制器由于具有算法簡單，魯棒性好和可靠性高等特點，因而在實際控制系統(tǒng)設計中得到了廣泛的應用。PID控制的難點在于如何對控制參數(shù)進行整定，以求得到最佳控制效果。然而PID在時滯過程中的應用受到一定的限制,由于PID算法只有在系統(tǒng)模型參數(shù)為非時變的情況下,才能獲得理想效果。當一個調(diào)好參數(shù)PID控制器被應用到模型參數(shù)時變系統(tǒng)時,系統(tǒng)的性能會變差,甚至不穩(wěn)定。Smith預估器是得到廣泛應用的時滯系統(tǒng)控制方法，該方法是一個時滯預估補償算法。它通過估計對象的動態(tài)特性,用一個預估模型進行補償,從而得到一個沒有時滯的被調(diào)節(jié)量反饋到控制器,使得整個系統(tǒng)的控制就如沒有時滯環(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預估器可以完全消除時滯的影響,但是在實際應用中卻不盡人意,主要原因在于:Smith預估器需要確知被控對象的精確數(shù)學模型,當估計模型和實際對象有誤差時,控制品質(zhì)就會嚴重惡化,因而影響了Smith預估器在實際應用中的控制性能。大林算法是由美國IBM公司的Dahlin于1968年針對工業(yè)過程控制中的純滯后特性而提出的一種控制算法。該算法的目標是設計一個合適的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z)，使整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，而且要求閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時間等于被控對象的純滯后時間。大林算法方法比較簡單，只要能設計出合適的且可以物理實現(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)中得到了廣泛應用。但它的缺點是設計中存在振鈴現(xiàn)象，且與Smith算法一樣，需要一個準確的過程數(shù)字模型，當模型誤差較大時，控制質(zhì)量將大大惡化，甚至系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定。（2）.智能控制算法智能控制是一類無需人的干預就能夠獨立地驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標的自動控制，它包括模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制、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，從廣義上講，模糊邏輯控制指的是應用模糊集合理論，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。在時滯過程中,模糊控制一般是針對誤差和誤差變化率而進行的,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、算法復雜等缺點。神經(jīng)網(wǎng)絡控制是研究和利用人腦的某些結(jié)構(gòu)機理以及人的知識和經(jīng)驗對系統(tǒng)的控制。人們普遍認為，神經(jīng)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的智能性、魯棒性均較好，能處理高維、非線性、強耦合和不確定性的復雜工業(yè)生產(chǎn)工程的控制問題，其顯著特點是具有學習能力。神經(jīng)網(wǎng)絡的主要優(yōu)勢在于能夠充分逼近任意復雜的非線性系統(tǒng)，且有很強的魯棒性和容錯性。一般來說，神經(jīng)網(wǎng)絡用于控制有兩種方法，一種是用來實現(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)絡也存在算法復雜的缺點，同時神經(jīng)網(wǎng)絡學習和訓練比較費時，對訓練集的要求也很高。經(jīng)典控制方法由于具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性及實用性強等特點，在實際生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應用。但它們都是基于參數(shù)模型的控制方法，因而自適應性和魯棒性差、對模型精確性要求高、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。但智能控制也有其不足之處，即理論性太強，算法過于復雜，大多數(shù)方法還僅局限于理論和仿真研究，能在試驗裝置上和工業(yè)生產(chǎn)中應用的并不多。根據(jù)這兩類控制方法的特點，將它們結(jié)合起來進行復合控制是一種有效的時滯系統(tǒng)控制策略，成功的應用有模糊PID控制、模糊Smith控制、神經(jīng)元Smith預估控制、SmithNN預估控制等。這些方法既能利用經(jīng)典控制方法結(jié)構(gòu)簡單、可靠性和實用性強的特點，又能發(fā)揮智能控制自適應性和魯棒性好，抗干擾能力強的優(yōu)勢，彌補了各自的不足，在大時滯控制系統(tǒng)中具有很好的應用前景。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控制及改進的PID控制等。它具有許多特點，如不需要求出數(shù)學模型、控制效果好等，特別是在微機控制系統(tǒng)中