控制系统设计论文十篇

控制系统设计论文篇1

OPC作为微软公司的对象链接和嵌入技术应用于过程控制领域，为工业自动化软件面向对象的开发提供一项统一的标准，解决了应用软件与各种设备驱动程序之间的通信问题。它把硬件厂商和应用软件开发商分离开来，为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁，大大提高了双方的工作效率。应用程序与OPC服务器之间必须有OPC接口，OPC规范提供了两套标准接口:Custom标准接口和OLE自动化标准接口，通常在系统设计中采用OLE自动化标准接口。OLE自动化标准接口定义了以下3层接口，依次呈包含关系。OPCServer(服务器):OPC启动服务器，获得其他对象和服务的起始类，并用于返回OPCGroup类对象。OPCGroup(组):存储由若干OPCItem组成的Group信息，并返回OPCItem类对象。OPCItem(数据项):存储具体Item的定义、数据值、状态值等信息。3层接口的层次关系如图2所示。

2菇棚温度控制系统的设计

2．1菇棚的温度控制原理

宁夏南部山区杏鲍菇生产基地采用大棚式培养方式，作为对杏鲍菇生长起最重要影响的因素，温度显得尤为重要［8］。菇棚温度采用自动记录仪对温度进行检测，利用空调对菇棚温度进行调节。由于温度控制系统具有大时变、非线性、滞后性等特点，采用模糊控制非常合适［9－10］。本文对菇棚的温度进行了控制设计，最终采用模糊PID控制方案，达到对温度的实时控制，从而将出菇阶段的温度控制在14～17℃的范围之内。菇棚温度控制系统的原理如图3所示。图3中，虚线框内的部分在工业控制环境中大多由PLC等控制设备完成，而这些设备很难实现模糊PID的控制功能。因此，将虚线框部分在Simulink中实现，把在Simulink中创建的模糊PID控制器直接应用到现场设备中。菇棚实时温度控制系统原理图如图4所示。图4中，该系统以PCACCESS软件作为OPC服务器，用MATLAB/OPC工具箱中的OPCWrite模块和OPCRead模块与Simulink进行数据交换。传感变送装置检测温度后将电信号传送给S7－200PLC的模拟量输入模块EM231，经过A/D转换后得出温度值;PCACCESS软件从PLC中读取温度值，通过OPCRead模块传送给Simulink;在Simulink中与设定的温度值进行比较后，进行模糊PID计算，将结果通过OPCWrite模块传送给PCACCESS软件，经PCACCESS软件写入到PLC中，计算分析得出数字量，输出到模拟量输出模块EM232，经D/A转换为电信号送给温控装置(空调)，实现对菇棚温度的模糊PID控制。

2．2模糊PID控制系统

2．2．1模糊PID控制器的设计菇棚的温度控制系统是一个复杂的非线性系统，很难建立精确的数学模型，而常规的PID控制则需建立被控对象的精确数学模型，对被控过程的适应性差，算法得不到满意的控制效果。单纯使用模糊控制时，控制精度不高、自适应能力有限，可能存在稳态误差，引起振荡［11－12］。因此，本文针对PID控制和模糊控制的各自特点，将两者结合起来，设计了模糊PID控制器，可以利用模糊控制规则对PID参数进行在线修改，从而实现对菇棚温度的实时控制，将出菇阶段的温度控制在14～17℃的范围之内。基于上述分析，将菇棚温度作为研究对象，E、EC作为模糊控制器的输入，其中E为设定温度值与实际温度值的差值。PID控制器的3个参数KP、KI、KD作为输出。设输入变量E、EC和输出变量的KP、KI、KD语言值的模糊子集均为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，误差E和误差变化率EC的论域为{－30，－20，－10，0，10，20，30}，KP的论域为{－0．3，－0．2，－0．1，0，0．1，0．2，0．3}，KI的论域为{－0．06，－0．04，－0．02，0，0．02，0．04，0．06}，KD的论域为{－3，－2，－1，0，1，2，3}。为了论域的覆盖率和调整方便，均采用三角形隶属函数。根据对系统运行的分析和工程设计人员的技术知识和实际操作经验，得出KP、KI、KD的模糊控制规则表，如表1所示。利用Simulink工具箱，建立系统的模糊PID控制器的模型，如图5所示。2．2．2系统的仿真菇棚温度的传递函数采用G(s)=e－τsαs+k。其中，α为惯性环节时间常数，α=10．3s/℃;k=0．023;τ=10s，为纯滞后时间。设定菇棚温度值为15℃，常规PID控制器的仿真结果如图6所示，模糊PID控制器的仿真结果如图7所示。结果表明，菇棚温度控制系统采用模糊PID控制器具有超调小、抗干扰能力强等特点，能较好地满足系统的要求。

3Simulink与S7－200PLC数据交换的实现

PCACCESS软件是专用于S7－200PLC的OPC服务器软件，它向作为客户机的MATLAB/OPC客户端提供数据信息。在菇棚温度控制系统中，模糊PID控制器的输出值和反馈值就是Simulink与S7－200PLC进行交换的数据。实现数据交换的具体步骤如下:1)打开软件PCACCESSV1．0SP4，在“MicroWin(USB)”下，单击右键设置“PC/PG”接口，本文选用“PC/PPI(cable)”。然后，右键单击“MicroWin(USB)”进入“新PLC”，添加监控S7－200PLC，本文默认名称为“NewPLC”。右键单击所添加的新PLC的名称，进入“NewItem”添加变量，本文为输出值“wendu1”和反馈值“wendu2”，设置完成，如图8所示。PCACCESS软件自带OPC客户测试端，客户可以将创建的条目拖入测设中心进行测试，观察通信质量，如图9所示。测试后的通信质量为“好”。2)打开MATLAB，在工作空间输入命令“opctool”后，将弹出OPCTool工具箱的窗口，在该窗口的MAT-LABOPCClients对话框下单击右键，进入“AddClient”添加客户端，用户名默认“localhost”，ServerID选择“S7200．OPCServer”;与PCACCESS软件连接成功后，在“S7200．OPCServer”中添加组和项，把在PCACCESS软件中创建的两个变量“wendu1”和“wendu2”添加到项中，操作完成后结果如图10所示。3)新建Simulink文件，导入模糊PID控制器模型，调用OPCWrite模块、OPCRead模块和OPCConfigura-tion模块，设置OPCWrite模块和OPCRead模块的属性，把OPC工作组中的变量“wendu1”添加到OPCWrite模块中，把变量“wendu2”添加到OPCRead模块中，设置完成后两个模块与控制器相连，如图11所示。这样，基于Simulink和S7－200PLC的模糊PID实时温度控制系统的设计就完成了。

4结论

控制系统设计论文篇2

1国内外成功应用案例研究

1.1国内应用

（1）上海截至2011年底，上海中心城快速路路网里程数稳定在141.0km，基本采用高架形式。至2009年，上海浦西地区快速路88个入口匝道中有70多个实施了匝道控制，除了武宁路实施了匝道调节控制，其他都为匝道开关控制，其中部分入口预留了汇入控制功能。浦东中环8个匝道及A1的11个匝道实施匝道控制，其中17个入口匝道为开关控制，并预留远期汇入控制功能，1个入口匝道实施自适应汇入控制，1个出口匝道实施可变车道控制。近期，在杨高路上匝道，汇入南浦大桥的入口处，浦东张扬路上匝道与进入杨浦大桥的主线，设置了挑杆信号灯控制。上述匝道控制在关联道路上布设“固定文字+可变文字”可变信息标志，在匝道入口及高架路段上设置了交通流情报信息板，目前系统运行良好。上海市快速路出入口控制系统开关控制较多，有交通引导信息/交通监控设备，电子警察设备。2005年上海快速路匝道实施控制系统后，交通量和平均车速均有一定程度的提升，特别是在内环高架内圈武夷路入口匝道实施自适应汇入控制后，更是取得了很好的控制效果，充分体现了汇入控制的优越性。试验区域主线流量提高了1.1%~23.2%；主线平均车速提高了11.1%~84.6%，主线拥堵时间减小了22.8%~76.5%，缩短了主线车辆排队长度，改善了快速路主线的交通状态。上海快速路出入口控制系统改善了快速路主线的交通状态，同时，快速路控制系统的交通信息和诱导设施均衡了交通需求，提高了快速路系统和区域路网的服务水平。（2）北京北京快速路由二、三、四、五环和11条联络线组成，长达360km，承担着全市50%以上的交通流，快速路出入口密集，平均间距仅为318m，是世界上最复杂、控制难度最大的快速路。北京快速路与呼市类似，即为地面快速路，两侧设置地面辅路，快速路出入口加减速车道较短，从辅路汇入分流。针对这一结构和特点，北京市公安交管局自主研发了快速路出入通流特性分析、快速路多节点OD建模技术和给予主辅路占有率映射算法的交通控制策略，以及城市快速路交通控制技术。基于上述技术建成的快速路交通控制系统，利用设置在快速路主要出入口的信号灯，依据对快速路主辅路流量信息的检测实施占有率控制，智能控制快速路出入口的开启和关闭。北京的地面快速路+辅路形式使得其匝道控制与上海有很大的不同。出入口控制方式包括入口开关控制、入口汇入控制、出口辅路信号控制，配有交通监控系统。北京快速路出入口控制系统有效提高了北京快速路网的承载能力、交通管控能力和城市抗风险能力，快速路网日均时速提高6.92%。

1.2国外应用

（1）美国美国采用“stop-and-go”（停-走）交通信号，控制进入高速公路主线车辆的频率。华盛顿大多数的快速路出入口匝道调节允许每次绿灯通过1辆车，最多不超过3辆，调节率大概在4~15s之间，这样的间隔可以保障进口匝道的汇入交通受到一定的阻滞，减少高速汇入时容易产生的刮擦、碰撞等事故。美国亚特兰实行固定周期式匝道调节，但是如果排队检测器检测到预设的排队长度极限值，匝道调节的速度将会被提高，周期缩短，以尽快地减少排队。在美国快速路控制系统采用需求-容量控制策略较为广泛。需求-容量控制策略是以交通量为控制参量，通过调节进入快速路的交通量，使得进入快速路的交通量与上游交通量之和不超过匝道下游的通行能力，保证主路下游交通量维持在其通行能力之内，最大限度利用快速路。华盛顿实施匝道调节后，该地区高速公路全范围内事故发生率降低30％，在Renton的I405高速公路，匝道调节使得平均行程时间减少了3~16min，匝道调节是一种比较有效地缓解交通拥挤的控制手段。（2）欧洲欧洲的高快速路出入口匝道控制一般是车队放行，每次绿灯信号放行匝道车辆数不确定，但每次最多放行的车辆数有限制，一般不超过9辆，控制策略中的红灯时长和绿灯时长都是变化的。欧洲的快速路系统大部分采用ALINEA控制算法。ALINEA控制算法属于线性状态调节，由Papageorgiou在1991年提出。它通过调整匝道调节率使得其下游主线的占有率尽量维持在理想状态，是经典控制理论的应用，现在欧洲很多国家在该算法的基础之上进行了许多不同的改进，在实际应用中也得到了很好的效果。

1.3应用小结

通过国内外的快速路出入口控制系统，可以看到出入口匝道控制是比较常用的控制方法。它通过限制入口匝道汇入主线的车流量，达到减少主线交通拥堵的目的，通过控制出口汇出辅路的交通流，使主线的交通流可以更快地离开主线。快速路匝道控制主要采用在入口匝道处及出口匝道相连辅路上设置信号灯的方式，调节进出快速路的交通流，使匝道交通流进出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶颈。为达到此目的，在进行匝道信号控制时应从城市快速路的交通特性、控制策略、配时方法及协调效果几方面加以考虑。在出入口控制算法方面，对于在美国得到广泛应用的需求-容量差额控制方法，还存在着一些不足。由于该方法仅仅检测交通量的值，所以不能够判断快速路主线是拥挤还是自由流的状态，并且算法采用开环控制，不能把控制后的微小变化再反馈给系统进行优化，因此，往往无法达到理想的控制效果。欧洲采用的ALINEA算法研究表明，即使算法中的值在很大范围内变动，系统也能保持一个良好的性能，说明ALINEA算法的稳健性较好。此外，ALINEA算法的可移植性强，如果外部交通条件变化，只需要调整目标占有率的值，而且控制算法简单，易于实现。目前它成为实际应用中非常成功的一种单点动态控制方法，在实际中还有许多的应用对该方法进行了改进。

总之，快速路出入口控制方法的效果取决于多种因素，交通特性、道路条件、匝道分布等多种因素都会影响到控制算法的适用性。即使是同样的控制算法，其控制参数的取值往往也会在很大程度上影响控制的效果。从本质上讲，入口匝道控制是对主线交通与入口匝道交通进行调节，方案的可行性与当地道路交通条件紧密相关。呼市快速路系统和国内外其他城市的快速路相比，有自身的特点和情况，主要表现为：（1）以主辅路布置形式为主，部分路段采用高架、地下隧道、半地下路堑形式；（2）快速路网少，承载的交通流量大，主线交通流量、匝道需求将常处于饱和运行状态；（3）匝道布置间距较小，主辅路之间的合流、分流成为影响主线运行状况的一个重要因素；（4）周边路网发达，匝道车辆的可行替代路径较多。所以应该在总结国内外其他城市快速路出入口控制系统的前提下，结合呼市自身的实际情况，选择符合需求的快速路出入口的控制系统。

2快速路出入通管理控制系统设计

2.1系统目标

目前呼市快速路正在建设，出入口的现状道路基础条件、线形较好，存在着出入口控制系统实施可行性较好的地点。通过综合考虑各方面因素（科学性及实用性），应用比较成熟的技术，吸取北京上海经验，可以在呼市快速路出入口实现出入口控制，体现出入口控制的效果、优势。经过对呼市快速路网的布局和交通控制系统现状的深入分析，建立呼市快速路出入口控制系统，可实现以下目标：（1）保证主路基本畅通、辅路不至于产生严重的交通拥堵；（2）改善出入口匝道车辆的行驶秩序，确保车辆行驶安全；（3）对快速路及其关联区域进行协调控制，有效使用地面道路的容量；（4）保证大型活动、紧急事件等非常态的快速路骨架路网作用；（5）与其他系统协同，提高对道路交通的诱导能力和综合调控水平。

2.2系统功能需求

目前呼市二环线以内路网密度较大，但高峰时间交通拥堵严重，其中一个重要原因是呼市交通信息管理系统不完善，出行者无法及时查询或获取路况信息，导致交通需求分布失衡。因此，呼市快速路出入口管理与控制系统功能主要集中在几个方面：中心控制、出入口多级调控、出入口信号协调、快速路交通信息采集、快速路信息、系统关联、快速路信息查询。呼市快速路出入通管理控制系统可分为三个层次：策略层、管控层、执行层。三个层次相互协调，实现系统信息采集、多级调控、日常管理和系统关联的功能[3]。

2.3控制管理中心

管理控制中心分为硬件设备和软件设备两大部分。其中，硬件部分按功能分为数据库服务器、管理端设备、以太网传输网络设备和不间断电源（UPS）等几个部分；软件部分分为系统软件、数据库软件、数据处理软件、管理平台软件等[4]。快速路出入口控制中心局域网系统是系统集成和管理协调系统的基础平台，是一个分布式计算机平台，包括基础平台服务、分布式计算和对象服务、公共设施、共享领域服务以及应用，可以让不同的软件对象跨网络、跨操作系统进行互操作，满通信息的与查询、访问。

2.4系统控制方法和算法

根据以往研究，快速路控制系统匝道进出口的主要控制方法包括单点信号灯控制、单点开关控制、多匝道协调控制、快速路干线控制、区域控制、路由控制和不同控制方式的协调控制等[3]。目前呼市二环线快速路匝道相距较近，主线为双向六车道，沿线相交道路高峰时间交通流量大，拥堵严重。因此，针对呼市快速路交通瓶颈形成原因，快速路出、入口匝道控制主要采用在入口匝道处及出口匝道相连辅路上设置信号灯的方式，平峰时间采用单点控制，高峰时间采用整体协调控制方法，调节进出快速路的交通流，使匝道交通流进出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶颈，并有效利用辅路容量。建议呼市快速路与常规道路信号控制综合考虑，形成快速路、区域信号控制协调控制系统，提高快速路的抗风险能力和消散阻塞的能力。进一步确保快速路系统的高速、高效、安全和舒适性。根据呼市快速路道路网设计和出入口布置形式，建议呼市快速路出入口控制算法可以结合采用改进型的ALINEA控制算法、需求-容量差额控制算法、占有率控制算法和定时控制算法。针对呼市快速路道路网不同的道路条件、交通状况，采用不同的快速路出入口控制算法，将几种控制算法相互结合，针对不同的适用条件和系统实际运行状况选择合适的快速路出入口控制算法策略[5]。

2.5出入口信号协调控制

由于快速路出入口的控制有很多的限制条件，对于不同的路段和车流量，出入口控制的效果也会有很大差异。其中对出入口控制影响最大的还是出入口是否有较多的道路空间资源可以储存出入口控制造成的排队。对于呼市部分快速路出入口间距较小的路段，将快速路出入口控制和快速路上下游交叉口控制结合起来，实行协调控制。快速路出入口协调控制从区域路网的角度上，将快速路和普通道路进行衔接和整合，制定协调控制的策略和方法，将快速路出入口和上下游交叉口控制作为一个整体控制系统，从整体路网的角度出发，制定统一的协调控制目标。从而更好地提高整个道路系统的运输效率[6]。

2.6诱导信息系统

用于快速路出入通信息，对交通流进行有效地引导分流。入口控制信息情报板能够接受匝道控制器的指令，在可变文字显示部分以不同颜色显示“匝道开放”、“匝道关闭”、“汇入调节”等匝道控制内容，以及“主线畅通”、“主线拥挤”、“主线堵塞”等交通状态信息[7]。目前呼市尚缺少交通诱导信息系统，导致交通高峰期间部分路段和区域非常拥挤，而有些道路上车流量很少，道路资源未得到有效利用。

3结语

控制系统设计论文篇3

本系统高压发泡机以高性价比的台达DVP系列PLC和台达的DOP的人机界面为核心控制单元，有多组工作模式多组配方工艺参数选择，且可自主编辑工艺参数，流量注入精确稳定，压力流速可控可调，故障报警实时监控。实践证明，相比老式发泡机，PLC控制系统的设备性能稳定可靠，易于操作，工作效率大幅提高。发泡机控制系统充分利用了现代先进技术，提高了劳动生产率，改善了劳动条件，减轻了工人的劳动强度，保持稳定的发泡倍数，克服了人为的不稳定因数，具有良好的应用前景。

发泡机是利用塑料颗粒作为发泡包装的原料,可以对精密仪器、电子类产品、工艺品、插花等多类怕震、怕压的产品进行现场的发泡包装。发泡机作为一种机电一体化产品,在现代工业生产的自动化控制中占有重要的地位。高压发泡机广泛用在各种行业,可用于汽车装饰、保温墙喷涂、保温管道制造、自行车和摩托车车座海绵的加工等等。

发泡机最早出现于国外，其原始机型是采用叶轮高速旋转制泡，故又名“打泡机”。后来随着技术的不断进步，发泡机的技术含量不断提高，新的机型不断出现，形成了不同的技术体系。我国早在20世纪50年代就开始使用发泡机，但不是专用的发泡机型，而是采用砂浆搅拌机。即将发泡剂直接加入砂浆搅拌机或混凝土搅拌机，让发泡剂和砂浆或混凝土一起搅拌生成泡沫。20世纪70年代前后，开始出现专用的发泡剂，即高速叶轮发泡机。以后又不断技术升级和换代，如今已发展为以高压充气为主体的第三代机型，基本可满足泡沫混凝土的需要挤出技术的发展越来越具有如下特色：一方面要求挤出系统高效率，另方面又要求挤出系统具有灵活性、广泛适应性。应用广泛的高效挤出系统应兼颐这两个方面。其中发泡机控制系统将直接影响该产品的发泡倍数的稳定。发泡机控制系统的发泡倍数受原料添加重量和发泡好后粒子的总量决定,蒸汽压力和气压不直接影响发泡倍数。因此,为这类发泡机开发出一种可以保持稳定的发泡倍数的控制系统是一个有着较大实际意义的课题。

控制系统设计论文篇4

随着我国信息事业的持续、快速发展,通信基础设施日臻完善,固定电话、移动电话用户总数接近两亿.利用现有的个人通信终端,实现基于PLMN(陆基移动通信网)和PSTN(公用电话交换网)的电话远程控制系统,既可以节约投资,又便于推广.电话远程控制系统(ITRCS),以CCITT及我国标准共同规定的部分标准程控交换信令(DTMF双音多频信号,振铃信号,回铃音信号等)作为系统控制命令,以PLMN与PSTN通信网作为传输介质,使用户可以在远端利用固定电话或移动电话发送DTMF双音多频信号,实现对近端电器设备的远程控制.信令传输示意图如图1所示.

2电话远程控制系统的体系结构

电话远程控制系统接收远端发送来的DTMF信号,并对其进行解码,解码后的信号再由中央处理单元采集处理;为了方便用户使用,系统设计了语音提示界面;电话远程控制系统一般工作在元人值守环境,所以应具有自动离线、上线、复位功能;为了符合智能化要求,系统采用80日作为中央处理器.同时,电话远程控制系统正常工作还需电源供电电路、驱动电路等辅助电路.智能电话远程控制系统的体系结构如图2所示.

可以看出,系统主要由DTMF音频解码电路、语音提示电路、离线/上线/复位电路、中央处理单元、驱动电路、电源电路等组成.

3各部分电路及工作原理

3.1中央控制电路

中央控制电路的主要功能是接收铃流检测电路和DTMF解码电路的中断信号,发送对上线/离线/复位电路和受控设备的控制信号,对语音录放电路进行寻址操作,接收DTMF解码电路的四位二进制数据(见图2).

3.2DTMF音频解码电路

DTMF(DualToneMultiFrequency)双音多频信号解码电路是目前在按键电话(固定电话、移动电话)、程控交换机及无线通信设备中广泛应用的集成电路.它包括DTMF发送器与DTMF接受器,前者主要应用于按键电话作双音频信号发送器,发送一组双音多频信号,从而实现音频拨号.双音多频信号是一组由高频信号与低频信号叠加而成的组合信号,CCITT和我国国家标准都规定了电话键盘按键与双音多频信号的对应关系如表所示.

表电话拨号数字对应的高低频率组合关系

电话远程控制系统采用MITEL公司生产的MT8870DTMF接受器作为DTMF信号的解码核心器件.MT8870主要用于程控交换机、遥控、无线通信及通播系统,实现DTMF信号的分离滤波和译码功能,输出相应16种频率组合的四位并行二进制码.MT8870具有拨号音抑制和模拟信号输入可调功能,所以在设计MT8870DTMF解码电路时,只需外加一些阻容元件即可.DTMF解码电路如图3所示.

远端用户发送的DTMF信号,经搞合电容的隔直流作用后,由MT8870接收并进行译码,输出的四位并行二进制数据直接与8051单片机的P0.0～P0.3连接,MT8870在DTMF信号码变换完成后,由CID端发送中断信号INT1,通知8051数据准备好.

3.3语音提示电路

电话远程控制系统利用语音提示电路实现用户和系统的交流.语音提示电路预先存储若干段系统提示音,8051中央处理单元电路判断用户发送的DTMF信号后,对语音提示电路进行寻址,播放相应的提示音,从而向用户反馈信息提示下一步该如何操作.

本系统选用美国ISD公司的ISD2590单片语音录放集成电路作为语音提示电路的核心部分.ISD2590采用E2PROM存储器,信息可永久保存,零功能存储;它还采用了DA盯直接模拟量存储技术,因而能较好地保留语音信息中的有效成分,提高录放音的清晰度.ISD2590可以存储长达90s的语音,能够实现1～600段语音分段,每段录放音均有一个起始端,该起始端地址选择由A0～A9确定.ISD2590的电路也非常简单,只需少许阻容元件即可,并且它易与单片机接口,实现分段寻址功能.ISD2590的内部功能如图4所示.

系统在接收远端用户发送的DTMF信号以后,根据软件设定,对语音电路进行寻址放音.例如系统收到用户发出的"1234'''',用户密码信号时,若密码正确,则寻址播放语音提示"密码正确",否则,寻址播放语音提示"密码错误".需要提出的是,ISD2590".只有A0～A910根地址线,显然不能对480K模拟存储阵列直接寻址,从图4可以知道,ISD2590的地址线是先经过解码器解码后再对480K模拟存储阵列进行寻址的.

3.4系统上线／离线/复位电路

当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线连通时,我们称系统处于上线(Odine)状态;反之,当DTMF信号解码电路及语音提示电路与用户电话线断开时,我们称系统处于离线(Offline)状态.只有在电话远程控制系统工作时,系统才应处于上线状态.这样做的目的是避免用户呼叫系统时的高压振铃信号(可达120VMS)及线路上其他高压噪声对DTMF信号解码电路及语音提示电路产生危害.上线/离线/复位功能的实现,也是由系统硬件电路和软件共同实现的.

3.4.1系统上线电路

系统上线电路的功能是检测程控交换机发送的振铃铃流信号,然后通过中断方式通知8051单片机,根据软件设定,闭合系统上线/离线/复位开关电路,开启UrMF信号解码电路和语音提示电路与电话用户线的连接.上线电路的主要部分是铃流检测电路.铃流信号是当远端用户呼叫电话远程控制系统时,由程控交换机向电话远程控制系统发送的控制信令.系统采用TCA3385芯片作为铃流检测电路的核心部件.TCA3385是一种性能稳定的振铃信号转换、检测器件,常用于电话机、应答器等仪器仪表.它的PDO端(如图5)是振铃检测输出端,在振铃信号稳定后,此端会变为高电平输出.RDO端可直接与8051单片机相连,作为8051的中断信号INT0.TCA3385的内部功能及外部电路如图5所示.

当电话远程控制系统处于离线状态时,只有铃流检测电路与用户电话线相连,而TCA3385能承受较高电压的冲击,保证了系统的完全稳定性.

3.4.2离线/复位电路

用户对电话远程控制系统操作完成后,发出结束命令,8051单片机断开系统上线/离线/复位开关电路,系统离线.如果用户出现误操作或忘记发送结束命令时,系统根据软件设定,断开系统上线/离线/复位开关电路,使系统离线,并初始化软件设定.

3.5驱动电路

电话远程控制系统对受控设备的控制,要通过8051单片机对继电器的闭合才能实现,因此,在8051单片机与继电器之间必须设置一个继电器驱动电路.本系统采用摩托罗拉公司的MC1413,来关闭与开启继电器开关(图6).

4系统软件

如何利用有限的16种DTMF信号实现多样的系统控制功能,是系统成功与否的关键,借助于软件编程,系统可以对16种DTMF信号的任意组合进行解释,从而大大丰富了系统功能.系统软件的流程结构并不复杂,这里只介绍系统软件主要功能要求:

(1)系统身份认证功能为了保证只有合法用户才能操作系统,电话远程控制系统上线以后,用户必须输入密码,待系统确认后才具有对系统的操作权限.

(2)用户信令解释功能对收到的用户信号,系统按照软件设定加以解释,并决定对语音提示电路寻址,播放相应的系统提示音,实现用户和电话远程控制系统间的交互操作,或者对外部受控设备发出相应的驱动信号.

(3)软件定时功能系统软件设定系统自动复位的软件定时器,定时器的设置值规定了系统一次上线工作的最大时间.若一次工作超时,系统自动离线,进入待机状态.

5结束语

控制系统设计论文篇5

系统构成，以夏季空调制冷为例：通常中央空调的循环水系统关键是包括着两个水循环系统，也就是使用敞开式系统冷却水循环系统以及使用封闭式系统冷冻水循环系统，以及制冷机组和风机盘管与冷却塔。需要进行降温的房间之内会装设风机，这里的风机关键是进行冷空气吹入至房间，进而能够促使房间内热交换程度加快便于实现降温。工作原理，为了能够促使室内温度保持在一个非常舒适的范围之内，冬季的室内温度过低时中央空调体系会把循环热水送进风机盘管中，再将室外的低温空气进行循环经过风机盘管时，对应低温空气同样是和风机盘管铝片实行热交换来把风机盘管铝片热量传送于低温空气中，促使低温空气在进行加热之后送进房间之内，促使其室内温度得以有效升高；在夏季的室温过高时，中央空调系统就会运用水泵把经过制冷器主机所提供的冷冻水循环式送进风机盘管内，以便于在温度降低时风机盘管之内铝片及循环进的室外高温空气进行接触时能够展开热交换，最终将所得到的冷空气送进室内进行降温。

2基于LonWorks的中央空调智能控制系统

该空调机组所控制的相关现场总线系统工作原理是温湿度控制器测出温度以及湿度之后，再经过运算得到对应阀门调节输出，此时的输出是经过Lon网络送至对应智能阀处以产生阀门开度。智能阀数量以及空调系统结构有着极大的关联。开关量控制器是用在启停机组上的，以便于有效监测空调实时状态以及进行警报。

2.1系统硬件设计

关于智能阀门设计，相关智能阀门应该是直接连接于Lon网络之上的，并经过Lon总线接收其阀门的开度指令，此指令是以网络对应变量形式出现的。智能阀门关键硬件设计，从某种程度上来讲智能阀门是要求对应运算量和储存容量较少的，所以运用了神经元NeuronMC143120芯片和FTT-10A式的双绞线变压器耦合收发器，还有其电源是运用了LM2575式的降阶电压调节器芯片，其在进行滤波之后可以获得非常稳定的+5V电压，串行A/D转换器是使用TCL1549芯片，这样可以充分的满足于对应阀门开度有效控制精确度，继电器是使用了JGX-1F型式的固态继电器，该型号的继电器驱动能力较大且生命周期较长。

2.2温湿度控制程序软件有效实现

温湿度控制器是最关键的主控制器，其是要求具备较大储存空间以及处理能力，所以是使用了3150CPU模块。关于温湿度控制程序软件的实现应该分为两大部分，节点内部功能，这包括着相关模拟量采集以及处理和显示，并且具有四个PID回路，可以充分的达到参数修改以及运算和网络变量形式输出结果至其余控制器或者是智能阀处；还有就是主控制器，也就是温湿度控制器务必要具有及上位机可以通信的功能。依据其工艺技术的要求，温湿度控制器之内具有专门开辟的储存区域，这是存放上位机组态之后所形成的相关程序链，并且控制器经过详细分析程序能够对储存区域之内各类数据展开分析，再合理的调用子程序来充分实现各类功能及完成控制。

3中央空调节能理论分析

中央空调系统是经由制冷主机以及冷却泵和冷冻泵，还有冷却塔风机和风机盘管所组成的。应该说其制冷主机是经过压缩机来促使制冷剂快速冷冻循环水温度降低，通常通过制冷主机进行制冷之后的水温度大约是7摄氏度，这也是中央空调的冷源提供场所。冷冻水泵主要是将冷冻水进行加压至空调系统的对应末端系统，冷却水是经过冷却水泵将对应制冷主机中热量充分带走，通过冷却塔将这些热量有效的释放至空气中，之后就会回到冷水机组中。冷却风机能够合理的带动空气进行快速运动，经过空气带走冷却水热量，同时能够有效促使蒸发以致水温迅速降低。温度降低之后相关冷却水会进行再次循环，并进入制冷主机中，再次带走制冷机所存在的多余热量。中央空调系统可以说是多变量复杂且时变的系统，相关过程要素主要是非线性以及大滞后、强耦合的关系。模糊控制是基于模糊集合论以及模糊语言变量、模糊逻辑推理的计算机智能化控制理论，能够充分的适应于中央空调各个方面控制要求及需求。模糊控制下的变频调速技术能够充分达到中央空调水系统极好的温差变以及压差变和流量变的运行模式，可以促使控制系统具备极高跟随性以及应变能力，还能够依据相对被控制的动态过程特性识别来自主调节其运行参数，以便于得到最优化控制效果。模糊控制能够充分地适应于多变性特征，不过也正是因为该类复杂非线性才促使模糊控制极好地控制并克服了对应被控中央空调各个方面的要求及需求，进而实现极高的控制能力以及最佳运行状态。停机控制也就是确保空调区域完成运作后还能够具备较为舒适的环境，并有效计算出能够提前停止空调的最长时间。并且，在停止运用空调区域之前就有效控制区域空调关闭。

4结束语

控制系统设计论文篇6

1.1LED和键盘设计

为了能够实现人与机器的对话，单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管，人们可以直接对其进行控制。该系统通电后，通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等，由LED管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出，进而减少单片机工作的承载，8279在控制系统工作的过程中，将键盘输入的信息进行扫描，利用其抖功能，避免事故的发生。（下图为LED和键盘模块）

1.2放大和驱动设计

逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器，其是CMOS集成电路，其输出的源电流为20毫安，能够应用于三相以及四相步进机，其工作可以选择以下6种激进方式进行控制；其中，对于三相步进电机有1、2、1-2相；对于四相步进电机有1、2、1-2相，其输入的方式有单、双时钟选择方式，其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成，所有的输入端都设置有秘制的电路，进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路，其通过驱图1LED和键盘模块动器，输出最大的工作电流，以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号，控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。

2单片机的步进电机控制系统软件设计

2.1单片机程序设计

通过中断脉冲信号，计算步进电机的运转步数以及圈数，并对其进行记录；实现对步进电机运转速速的控制；采用端口的中断程序关闭其相关程序，将电机控制在停机状态；通过中断电机的开启部位，将其转换到运行状态，实现电机的运行；PMM8713的U和D端口通过输出高电平，达到控制步进电机运转方向的目的；8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接，当单片机运行到键盘部位时，采用相关端口中断其工作状态，进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等，并将其反馈给8279，利用LED将其显示，明确其运转的速度以及方向。

2.2PC上位机设计

设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机，利用单片机中相关部位，实现人与机的对话，其利用单片机发出执行命令，实现对步进电机的有效控制。其中，单片机接受的执行命令会存储在相关软件中，其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较，不冲突的信息就储存在其中，如与其中储存的信息发生冲突，就会自动中断，有效的保护电机的正常运行。同时，此软件在运行的过程中，应该对晶振中的USART模块进行设置，其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写，采用MSComm软件实现实时通讯。

3结语

控制系统设计论文篇7

关键词 控制论 设计艺术学 最优值 可行性方法论

中图分类号：J50-4 文献标识码：A

1控制论的阐释

控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。关于它的奠基性著作是由美国人诺伯特·维纳编著的。维纳把控制论定义为一门关于动物和机器中控制和通信的科学，即一门同时适用于生命现象与非生命现象的科学。

控制论中的“控制”具体来说，是控制动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态。在计算机高速发展的今天，控制的基础是信息，信息传递的目的是为了控制，而控制必须靠信息反馈来实现。信息反馈是控制论的一个极其重要的概念。通俗地说，在一个超稳定的系统内，施控系统把信息发送给被控系统，被控系统输出信息反馈给施控系统。施控系统对反馈回来的信息进行分析、加工、整理，并与自己想要达到的目的进行比较，继而调整控制信息，最后，再向被控系统输入经过加工、整理后的新的信息。如此反复，逐步缩小与目标的差距，最终达到预期的目的。

2设计艺术学研究的控制体系方法

设计艺术学研究中的控制工作，是一个复杂过程，它是众多研究系统中的一个子系统。但它的实质和控制论中的“控制”一样，也是信息传输和信息反馈。从控制工作的信息传输和反馈过程可见，设计艺术学研究中的控制工作与控制论中的“控制”在概念上有相似之处：

（1）传输和反馈的基本过程是相似的。无论是设计艺术学研究控制工作还是控制论中“控制”，它们都要先确定一个标准，其次要通过这个标准去衡量成效这个过程在信息反馈完成后去实现，再次，如果出现误差，则需要采取纠正措施，使误差保持在技术达到的最小值。

（2）设计艺术学研究控制系统实质上也是一个信息反馈系统。在一个超稳定系统内，通过信息反馈，揭示研究过程中的漏洞，促进控制系统进行不断的优化，以逐渐趋于更加完美的状态。

（3）设计艺术学研究控制系统和控制论中的控制系统一样，也是一个有组织的系统。它根据系统内的反馈的变化而进行相应的调整，不断克服系统的不肯定性，而使系统保持在某稳定状态。一般把趋近于目标的反馈称为负反馈，把偏离目标，打破原有稳定状态的反馈称为正反馈。

3控制论在设计艺术学研究中的应用

设计艺术学研究是一个稳定的系统，按照控制论方法，其内部结构可以分为六个主要的子系统：确立设计研究课题，模拟设计计划，调查、分析、草案，实验、拟定设计报告书，客户评价反馈，修改定稿。每个子系统对其它五个子系统都有反馈作用。

第一步，我们应该明确设计课题的研究主题，由于设计主题中包含着思想文化、美学特征、客户形象等许多的内容，涉及到众多的方面，需要将较为宽泛的文化、美学等因素转化为比较具体明确的可操作的设计问题。同时，作为一个设计招标项目，也必须要有一个清晰地定位和明确的方向。于是在查阅分析国内外相关设计文献之后，选中一个侧重点，从中选取最具代表性，富有艺术审美与文化价值的符号或元素，由此设计几个研究方向。

第二步，当有了具体的设计主题并明确了设计研究方向之后，就开始准备为达到设计目标而要做的必要的计划工作。在工作方法上，采用控制论的方法，确定了由设计总监把握研究方向，编辑提交方案，经集体讨论修改后再有设计总监确定方案，设计小组协调整体的设计工作，这样就确保了每一阶段都能够达到阶段性的设计目标。

第三步，在广泛的的调研后，发现一个合适的设计艺术形式语言，设计出多个方案草图，经设计小组讨论初评后，每个小组都有些方案被肯定，一些被淘汰。于是，设计方案被不断整合。反映出设计研究中采用控制论方法使变量得到最大优化。

第四步，就是初评入选后的论证阶段，需要从工艺、材质、审美和客户要求作最佳的调整，这一步还需要做设计模拟实验，这是一个系列的设计。在正式设计完成提交给客户前，需要有一份详细的设计报告书。

第五步，等待客户的反馈，结果反馈给设计者后，通过反馈通道使设计者明确目标差的大小，并根据现实情况对控制器发出调整的指令，也就是通过设计的方式对产品进行调整或改良，已达到客户满意的水平，这个过程可能会是一个反复的过程，使最终产品更贴近于目标，这种控制过程就是负反馈调节，前文中已经提到，负反馈调节并不是一次性就能够完成的，它是一个循环往复、不断减小目标差、直到实现目标的过程，所以产品系统的反馈控制过程也不是一次就能够完成的，也需要一个循环往复的过程。

第六步，客户满意后，改良后的产品推入市场。这六步是一个完整的从产品设计到完成的步骤，在科学技术飞速发展，市场竞争日益激烈，产品更新换代的今天，在设计艺术学研究中导入控制论思想，关系到设计的产品是否符合未来的发展，设计的产品投入市场时是否受到欢迎。

4结语

控制论在设计艺术学研究点就是在系统出现震荡或不稳定的时候，能够通过自身的调节机制进行调节，使系统重归于稳定。本文以控制论方法为基础，分析了其设计艺术学研究中的运用，明确了设计学研究方法论的重要作用，指出控制论是对设计艺术学研究有效的一种方法。在设计出现偏离目标或不稳定状况的时候，根据系统反馈信息调整设计或改变设计的方法，能够使设计品的发展更加靠近初始目标或重新归于稳定的状态。

参考文献

[1] 李立新.设计艺术学研究方法[M].南京：南京江苏美术出版社，2010.

控制系统设计论文篇8

关键词：倒立摆;Backstepping;控制器

中图分类号： TM571文献标识码：A

1引言

倒立摆是控制理论、计算机控制等多个领域的结合,其系统作为一个具有绝对不稳定、高阶次、多变量、强耦合的典型的非线性系统，是检验控制理论和方法的理想模型，本文选择倒立摆系统作为研究对象具有重要的理论意义和应用价值。而对倒立摆系统的研究方法常见有线性理论控制方法[7]，变结构控制和自适应控制方法[8]，智能控制方法[9]，鲁棒控制方法[10]及Backstepping方法[11]。本文主要利用Backstepping方法设计了直线型一级倒立摆系统控制器，相对于其他研究倒立摆系统的控制方法，Backstepp-

ing方法最大的优点是不必对系统进行线性

化，可以直接对系统进行递推性的控制器设计，保留了被控对象中有用的非线性项，使得控制设计更接近实际情况。

2直线型一级倒立摆数学模型建立

在忽略了空气阻力和各种摩擦之后，可将直线型一级倒立摆系统抽象成小车和匀质摆杆组成的系统，如图所示：

图1 一级倒立摆系统的力学示意图

将摆杆视为刚体，则一级倒立摆系统的参数为：小车质量 ，摆杆质量 ，摆杆重心到铰链的长度 ，重力加速度，小车位置，摆杆角度，作用在小车上的驱动力F 。当小车在水平方向运动时，若忽略摩擦力矩的非线性，对小车和摆杆进行水平和垂直方向受力分析 ，如图：

图2 小车和摆杆的受力分析图

其中N和P为小车和摆杆间的相互作用力水平和垂直方向上的分量。分析小车水平方向上的合力，由牛顿运动定律可得：

（1）

由摆杆水平方向的受力分析可得：

(2)

即： (3)

把式子(3)代入(1)式中，就得系统的第一个运动方程：

（4）

对摆杆垂直方向上的合力进行分析并由力矩平衡方程可得：

（5）（6）

合并这两个方程，约去P和N，得到第二个运动方程：（7）

为了后面设计的方便我们对得到的两个方程进行化简和处理可得直线型一级倒立摆系统的数学模型如下：

（8）

在这里可以将倒立摆系统（8）看作是由小车和摆两部分组成的具有两个子系统的组合系统。倒立摆的摆系统控制具有高度非线性，同时考虑到实际设备长度的约束，我们必须限制小车系统的位移。以前大部分研究工作都是通过对倒立摆数学模型中的非线性项进行近似或忽略，从而简化控制器的设计。我们采用基于Lyapunov能量反馈的方法对倒立摆进行起摆控制，这实际上是利用正反馈不断增大摆的能量。针对摆系统，采用Backstepping方法设计非线性控制器，但此时得到的控制器不能实现对小车位移的控制；因此我们结合线性控制理论的极点配置方法获得对小车位移和速度控制的部分控制器；两者结合则得到整个倒立摆系统的一个非线性稳摆控制器。

3控制器设计和闭环系统数值仿真

针对直线型一级倒立摆系统的控制器设计方法很多，包括状态反馈控制、LQR最优控制、模糊控制和PID控制等方法，同时各种方法的相互结合使用来设计倒立摆系统已经称为研究热点。

针对上面的直线型一级倒立摆系统(令)，选取M＝2.0kg， m=8.0kg，l=0.5m，g=9.8m/s^2。我们先考虑摆子系统的动态模型：

（9）

step1 令， 看作是系统:

(10)

的虚拟控制。 现在我们的控制目的就是设计虚拟反馈控制去镇定。为此， 构造Lyapunov函数， 则有。取，为可设计常数，并引入误差变量，则有：

（11）(12)

故若，则，即子系统被镇定，下面镇定。

step 2对应一个二阶系统：

（13）

此时真正的控制出现,这一步主要是镇Z2。

构造函数，则(14)

令

(15)

其中为设计常数，由(15)求得系统的控制输入：

(16)6)代入式(14)则，即，子系统(13)被镇定，所以，

进而，反推之后可得，

即可得系统(9)在控制(16) 作用下被镇定。

而把，

代入(17) 可得系统(9)的控制输入：

（17）

其中的为可设计常数，可以根据实际系统的具体要求进行设计，这一点也是Backstepping方法的特点和优点之一。当取，时相应的控制器：

（18）

我们先对上面得到的非线性系统（8）作近似线性化。考虑摆杆在平衡点（）附近摆动微小，对非线性系统（8）进行局部线性化，即令做近似处理后，就得到倒立摆的线性状态方程：

(19)

式中，，输出，

，，

其中，

用Matlab中的place函数得到反馈矩阵：

(20)

截取部分为的系数，则可得(21)

两者结合可得：

(22)

该控制器可以控制摆杆保持平衡的同时，跟踪小车的位置。

数值仿真及结果分析

在一级倒立摆系统实验平台进行数值仿真，其程序如下:

function dxdt=denglixia(t,x)

a=20-3*cos(x(1))^2;b=3*cos(x(1));

c=294*sin(x(1))-1.5*x(2)^2*sin(2*x(1));

u1=a/b*(100*x(2)+150*x(1)+c/a);u2=-31.62*x(3)-20.95*x(4);

u=u1+u2;

d=-0.8299*u-0.083*x(4)-0.0227*x(2)^2*sin(x(1));

e=1-0.0227*2.6732*cos(x(1))^2;

A=(d+0.0227*cos(x(1))*26.154*sin(x(1)))/e;

B=26.154*sin(x(1))+2.6732*cos(x(1))*d;

C=B/e;

dxdt=[x(2);C;x(4);A]

[t,x]=ode45(@denglixia,[0 10],[-0.05 0.5 0.5 -0.15]);

plot(t,x(:,1));hold on;plot(t,x(:,3))

得出小车和摆杆的状态响应曲线如下图：

图3 小车和摆杆的状态响应曲线

从仿真结果来看，在给出的算法里面含有可调参数，只要合适的调节参数，就可以使得稳定时间大大缩短，其抗干扰能力；稳定时间快，因保留了系统的非线性项，控制效果好，稳态性能指标比较好。

5结论

采用Backstepping设计控制器，将设计好的控制器用于一级倒立摆实验台，只要调节参数选择合理，在没有给扰动时，系统在及短时间趋于稳定，如外加一扰动，系统也在很短的时间里达到新的平衡。

参考文献:

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[9] 蔡增威，张晓华．一阶直线倒立摆运动控制技术的研究[J].哈尔滨工业大学硕士学位论文

控制系统设计论文篇9

关键词：Delta算子系统；变结构控制；准滑动模态；趋近律；反正切函数

中图分类号： TP273

文献标志码：A

0 引言

在现代控制理论分析与综合中，连续系统的研究成果易于理论分析，离散系统的研究成果易于计算机仿真实现。Delta算子系统（Delta operator system）是连续系统和离散系统的统一描述形式[1]，在高速信号处理[2]、视觉伺服系统[3]等方面具有广阔的应用前景。Delta算子的采样易于观察和分析，具有良好的数字特性。利用传统的前向移位算子采样的高速系统，当采样周期趋近于零时，采样系统并不完全趋近于相应的连续系统，采样系统的极点趋近于稳定域的边界上，易产生不稳定的状态[4]。近年来，Delta算子系统的理论发展迅速，已成为计算机控制系统分析与综合的重要方法。文献[5]给出了Delta算子离散化模糊系统的鲁棒H∞控制器设计；文献[6]采用线性矩阵不等式等方法给出了Delta算子系统的非脆弱H∞滤波器设计问题；文献[7]基于有界实引理理论，设计了带有多面体参数摄动的Delta算子系统参数依赖H∞控制器；文献[8]等基于凸优化理论，给出了具有范数有界的参数不确定Delta算子系统的保性能滤波器设计。

滑模变结构控制是一种先进的非线性控制策略，其准滑动模态易于实现，在满足一定的匹配条件下，对系统内部参数摄动和外部干扰具有完全鲁棒性[9]。趋近律方法是离散滑模变结构控制器设计的常用方法，主要思想是根据准滑动模态的到达条件，保证从任意初始状态出发的系统状态轨线在有限时间内到达切换面来确定趋近律形式，再利用趋近律方法实现滑模变结构控制器的设计[10]。文献[9]提出了工程上容易实现的离散指数趋近律，所设计的滑模变结构控制系统调节精度高、响应速度快，但在平衡状态产生一定程度的抖振，影响了系统的动态性能；文献[11]利用变速趋近律设计了比例—等速—变速的滑模变结构控制，有效地削弱了准滑动模态段内的抖振，但趋近运动段的时间较长；文献[12]基于Sigmoid函数改进了离散指数趋近律，较好地削弱了系统抖振；文献[13]设计了基于扰动动态补偿的理想趋近律，直接平滑地预测扰动；文献[14]利用线性矩阵不等式技术给出了Delta算子滑模变结构控制系统的切换面存在的充分条件，分析了Delta算子系统实现滑模变结构控制的到达条件，基于Delta算子离散指数趋近律设计了不确定Delta算子系统的滑模变结构控制器；文献[15]给出了Delta算子滑模变结构控制系统的状态观测器，具有良好的动态性能；文献[16]给出了不确定时滞Delta算子系统的鲁棒滑模变结构控制器设计。

本文讨论了含有内部参数摄动和外部干扰的Delta算子系统滑模变结构控制器的设计问题。基于反正切函数的趋近律方法设计的不确定Delta算子滑模变结构控制系统，在趋近运动段内，系统状态轨线迅速趋近切换带，在准滑动模态段内，系统状态轨线快速到达平衡状态，有效地削弱了系统抖振，保证了原点的稳定性和过程的平稳性。

将上述Delta算子系统对应的连续系统进行移位算子变换后，得到的离散滑模变结构控制系统的闭环极点趋近于单位圆周，处于临界稳定状态，引起了病态问题。而进行Delta算子离散化得到的滑模变结构控制系统的闭环极点仍趋近于连续系统的闭环极点，系统是渐近稳定的。采用Delta算子离散趋近律（10）设计的滑模变结构控制系统的原点稳定性好，系统平稳性强，保持快速趋近，抖振幅度较小。改变实例仿真中的不确定项的参数，系统在趋近运动段内存在一定的偏差，而在准滑动模态段内，系统的运动过程几乎一致。由此可见，基于Delta算子离散趋近律（10）的滑模变结构控制策略具有良好的仿真效果。

5 结语

本文基于反正切函数的Delta算子离散指数趋近律方法，给出了不确定Delta算子系统的滑模变结构控制器设计，克服了传统移位算子离散化方法在高速采样系统中容易引起病态的问题。另外，具有滞后情形的Delta算子系统是一个无穷维的动态系统，结构复杂，其滑模变结构控制策略有待于进一步分析研究。

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控制系统设计论文篇10

关键词：应用型；智能控制；教学改革

一、教学中的主要问题

由于具有内容丰富、概念较抽象、信息量大等特点，智能控制传统教材的课程体系存在如下问题：①教学内容不合理。多数智能控制教材的理论知识过多且内容过于深奥，公式推导过多且复杂难懂，教材内容的实用性不强。②教学方法单一。由于该课程内容抽象，理论知识点多，大多数教师把理论知识讲解放在首要位置，没有把理论和实际应用相联系， 讲授过程“满堂灌”，导致学生学习起来感觉晦涩难懂，慢慢就会失去兴趣。③教学资源少，无实验实践环节。大多数智能控制教材中没有实验方案和实验环节，多数高校也没有智能控制实验室和实验平台，无法进行智能控制课程实验。

二、教学改革方法及思路

1.对教学内容进行整合优化

智能控制课程主要特点有概念抽象、理论性强、信息涵盖范围大等，教材中实例少，教学有偏重理论的趋势，需要进行教学内容整合优化。通过整合优化，把教学内容分为“预备知识”“重点内容”“案例分析”“系统仿真设计”四个部分。

通过内容整合，可以突出课程重难点，使学生在少学时的情况下全面掌握知识体系，并把原理部分和应用实例相结合。以模糊逻辑推理中的多输入多规则推理方法（即削顶法）为例，在“预备知识”中讲解其推理原理和基本方法；在“重点内容”中，通过具体实例分析，加深对其理论方法的理解；在“案例分析”中研究如何采用单片机程序来掌握削顶法；在“系统仿真设计”中采用MATLAB模糊逻辑工具箱中的图形交互工具来掌握削顶法，这样通过不同侧面对同一个重点内容进行讲解，可以强化和加深学生的理解，使学生实现学习上质的飞跃。

2.增加实验仿真环节

采用MATLAB中的模糊逻辑工具箱的辅助设计功能，可以方便设计模糊控制系统。通过增加实验环节，设计使用图形交互工具构成模糊逻辑推理系统实验，使用模糊工具箱的命令行函数方式实现模糊逻辑推理系统实验，采用PID参数自整定方法构成控制系统实验，采用BP网络模式识别仿真实验等。实验内容新颖，覆盖面广泛，针对性强，并且以应用为主线，实验设计围绕着采用MATLAB模糊逻辑工具箱解决工程实际中的问题，体现了以应用型人才培养为导向的培养目的。

3.设置综合性、设计型实践环节

利用电气与电子工程学院已有的过程控制实验室设置智能控制系统综合性、设计型的实践环节。本过程控制实验室采用北京华晟经世信息技术有限公司基于ProfibusDP现场总线的A3000现场控制系统，包括智能仪表控制系统、ADAM4000-DDC控制系统、PCI采集卡控制系统，基于PLC S7-300的现场总线控制系统、HMI触摸屏监控与控制设备以及基于工业以太网技术的网络控制系统。

智能控制系统的设计按照如下步骤进行：设计任务分析查阅文献总体方案设计工作原理分析智能控制算法研究智能控制系统硬件设计智能控制系统软件设计MATLAB仿真及结果分析结论。设计型实践项目包括多容水箱液位模糊控制系统设计、多容水箱液位单神经元自适应PID控制系统设计、锅炉水温模糊控制系统设计等。通过设计型实践环节，使学生学会针对具体对象设计相应的智能控制系统，培养学生运用理论知识解决实际控制问题的能力。

三、结语

智能控制作为自动化、电气工程专业高年级学生的专业核心课，是一门具有综合性强、理论性较深的特点的交叉学科。通过整合优化教学内容、增加实验仿真环节和设置设计型实践环节等教学改革方法，能提高学生的兴趣，使学生较快掌握智能控制系统的精髓，并能用智能控制原理和方法分析、设计智能控制系统。从近几年的教学改革实践反馈效果来看，学生反映良好，达到了较好的教学效果。

参考文献：