酸度计结构原理及应用

酸度计是一种常用的仪器设备。酸度计简称酸度计，由电极和电计两部分组成。主要用来测量液体介质的酸碱度值，配上相应的电极可以测量电位MV值，广泛应用于工业、农业、科研、环保等领域.。使用中若能够合理维护电极、按要求配制标准缓冲液和正确操作电计，可大大减小pH示值误差，从而提高化学实验、医学检验数据的可靠性。

狭义的酸度计主要指实验室酸度计,。酸度计常用的种类主要有台式酸度计（工业在线酸度计酸度计），便携式酸度计，笔式酸度计三大类别。

结构

酸度计由三个部件构成，简单的说就是电极和电计组成的。

1）一个参比电极；

2）一个玻璃电极，其电位取决于周围溶液的pH；

3）一个电流计，该电流计能在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。

原理

酸度计是采用氢离子选择性电极测量液体pH值的一种广泛使用的化学分析仪器。酸度计是用电势法来测量pH值的，其基本原理是:将一个连有内参比电极的可逆氢离子指示电极和一个外参比电极同时浸入到某一待测溶液中而形成原电池，在一定温度下产生一个内外参比电极之间的电池电动势。这个电动势与溶液中氢离子活度有关，而与其它离子的存在基本没有关系。仪器通过测量该电动势的大小，转化为待测液的pH值而显示出来。

应用

采用酸度计能更好地控制化学反应，达到提高生产率和产品质量以及安全生产的目的。带有自动记录的pH测量系统还可对污染公害提供诉讼的证据。某些间歇生产过程（例如某些化肥生产、食品加工过程）采用酸度计后可变为连续生产方式。在现代工业中采用酸度计比其他类型的连续分析仪表的总和还多。几乎凡需用水的生产部门都需要采用酸度计。其应用范围从工业用水和废物处理到采矿中的浮选过程，包括纸浆和造纸、金属加工、化工、石油、合成橡胶生产、发电厂、制药、食品加工等广泛领域。

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PH计原理知识(酸度计使用大全)

PH计原理知识（酸度计使用大全）摘要：本文主要贡献给需要的人和正在使用PH计酸度计的朋友，文章主要内容包括：PH计的原理初步认识，到内部结构组成分析；再到PH计核心部分电极的方方面面讨论，关于电极的选型，电极的维护方法，电极的清洗技巧等概括说明，欢迎阅读收藏本文库。安徽赛科环保科技资料整理所有如下。一、PH计|酸度计概念简介： 1、定义： PH计|酸度计是一种常用的仪器设备。酸度计简称pH计，由电极和电计两部分组成。主要用来测量液体介质的酸碱度值,配上相应的电极可以测量电位MV值，广泛应用于工业,农业,科研,环保等领域. 使用中若能够合理维护电极、按要求配制标准缓冲液和正确操作电计,可大大减小pH示值误差，从而提高化学实验、医学检验数据的可靠性。狭义的PH计|酸度计主要指安徽赛科环保科技实验室酸度计, 酸度计常用的种类主要有台式酸度计（工业在线酸度计PH计），便携式PH计，笔式酸度计三大类别。 2、PH计结构组成——电极介绍： PH计由三个部件构成，简单的说就是电极和电计组成的。 1）一个参比电极； 2）一个玻璃电极，其电位取决于周围溶液的pH； 3）一个电流计，该电流计能在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位，作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中，就组成一个原电池，该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池＝E参比+E玻璃，如果温度恒定，这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化，而测量pH计中的电池产生的电位是困难的，因其电动势非常小，且电路的阻抗又非常大1－100MΩ；因此，必须把信号放大，使其足以推动标准毫伏表或毫安表。电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍，放大了的信号通过电表显示出，电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度，为了使用上的需要，pH电流表的表盘刻有相应的pH数值；而数字式pH计则直接以数字显出pH值。 A、参比电极：对溶液中氢离子活度无响应，具有已知和恒定的电极电位的电极称为参比电极。参比电极有硫酸亚汞电极、甘汞电极和银/氯化银电极等几种。最常用的是甘汞电极和银/氯化银电极。常用的参比电极是甘汞电极。它是由汞（Hg）和甘汞（Hg2Cl2）的糊状物装入一定浓度的（KCl）溶液中构成的。汞上面插入铂丝，与外导线相连，KCl溶液盛在底部玻璃管内，

现代控制理论在电机中的应用

现代控制理论与电机控制刘北 070301071 电气工程及其自动化0703班现代控制理论在电机控制中的具体应用：自70年代异步电动机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制励磁电流分量与转矩电流分量，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。这种控制方法现已较成熟，已经产品化，且产品质量较稳定。因为这种方法采用了坐标变换，所以对控制器的运算速度、处理能力等性能要求较高。近年来，围绕着矢量变换控制的缺陷，如系统结构复杂、非线性和电机参数变化影响系统性能等等问题，国内、外学者进行了大量的研究。伴随着推进矢量控制、直接转矩控制和无传感器控制技术进一步向前发展的是人工智能控制，这是电机现代控制技术的前沿性课题，已取得阶段性的研究成果，并正在逐步实用化。矢量控制和直接转矩控制技术的一个新的发展方向是直接驱动技术，这种零方式消除了传统机械传动链带来的一系列不良影响，极大地提高了系统的快速响应能力和运动精度。但是，这种机械上的简化，导致了电机控制上的难度。为此，需要电机控制技术的进一步提高和创新。这正是电机现代控制技术有待深入研究和具有广阔开发前景的新领域。电机的现代控制技术与先进制造装备息息相关，已在为先进制造技术的重要研究领域之一，国内很多学者和科技人员正在从事这方面的研究和开发。一、三相感应电动机的矢量控制 1、定、转子磁动势矢量三相感应电动机是机电能量转换装置，这种的物理基础是电磁间的相互作用或者磁场能量的变化。因此，磁场是机电能量转换的媒介，是非常重要的物理量。为此，对各种电动机都要了解磁场在电动机空间内的分布情况。感应电动机内磁场是由定、转子三相绕组的磁动势产生的，首先要确定电动机内磁动势的分布情况。对定子三相绕组而言，当通以三相电流A i 、B i 、C i 时，分别产生沿着各自绕组轴线脉动的空间磁动势波，取其基波并记为A f 、B f 、C f ，显然它们都是空间矢量。对于分布和短矩绕组，定义正向电流产生的空间磁动势波基波的轴线为该相绕组的轴线，亦即A f 、B f 、C f 是以ABC 为轴线沿圆周正弦分布的空间矢量，各自的幅值是变化的，取决于相电流的瞬时值，即有

结构振动控制理论与应用现状分析

文章编号:100926825(2009)1920059202 结构振动控制理论与应用现状分析收稿日期:2009203206 作者简介:徐　飙(19702),男,工程硕士,高级工程师,中水淮河规划设计研究有限公司,安徽蚌埠　233000 徐　飙摘　要:主要介绍了结构振动控制的概念、基本原理以及分类,阐述了被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制的不同特点,最后对结构振动控制的应用现状和发展前景做了展望。关键词:结构振动控制,概念,基本原理,分类,应用现状中图分类号:TU312文献标识码:A 传统结构抗震设计是通过加大构件尺寸、提高材料强度等来加强结构自身的抗震能力,这些方法除了对地震烈度的适应性不佳外,保护目标也比较单一,而且使结构造价大大增加,随着社会的发展,工程结构形式日益多样化,高层和高耸结构也层出不穷。对高层建筑和高耸结构来说,水平荷载是主要荷载之一,并且往往起着控制作用,而对大跨度空间结构来说,竖向荷载却是主要控制荷载。水平荷载一般包括风荷载和地震荷载,这两种荷载都是动力荷载。随着高层建筑和高耸结构高度与高宽比的增大以及轻质高强材料的作用,其刚度和阻尼不断降低,在强风或强烈地震荷载作用下,结构物的动力反应强烈,很难满足结构舒适性和安全性的要求[1]。按照传统的抗风抗震设计方法,即通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用,是一种“硬碰硬”式的抗震方法,它很不经济,也不一定安全,而且失去了轻质高强材料自身的优势,还不能满足日益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。传统的抗震设计方法已不能满足需要,从而使结构振动控制理论在工程结构中开始得到应用。结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤,提高结构的抗震能力和抗灾性能,是抗震减灾积极有效的对策。 1　振动控制的概念及原理自1972年美籍华裔学者姚治平(J ?T ?P ?Y ao )教授明确提出土木工程结构控制的概念以来,国内外很多学者在结构控制的方法、理论、试验和应用等方面取得了大量研究成果。隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性,即明显有效减震(能使结构地震响应减到10%或更低),其中已有多项技术成功地应用于工程实践。国际上,美国、日本、澳大利亚、新西兰和法国等国家在这方面走在前列。国内学者自20世纪80年代初期以来,对夹层橡胶垫隔震结构、粘弹性阻尼器、TMD 和TLD 、耗能支撑、层间隔震、主动控制等方面的研究取得了一系列成果。经过20多年的发展,结构控制现在正朝着研制高效的被动控制装置、发展以参数控制为主的半主动控制和探索结构智能控制的方向发展。结构控制的概念几经完善,具体可表述为:在工程结构的特定部位装设某种装置(例如隔震垫等)或某种机构(例如消能支撑、消能剪力墙、消能节点、消能器等)或某种子结构(例如调频质量等)或施加外力(外部能量输入)或调整结构的动力特性, 使工程结构在地震(或风)的作用下,其结构的动力响应(加速度、速度、位移)得到合理的控制,确保结构本身及结构中的人员仪器设备的安全和处于正常的使用环境状况[2]。控制系统的基本元素为传感器、处理器(也称控制器)和作动器。传感器感受外部激励及结构反应的变化信息,处理器接受这些信息并依据一定的控制算法计算所需控制力,作动器则产生所需的控制力并作用到结构上,从而实现对结构的控制。 2　振动控制的分类依据是否需要外界能源,结构控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四类[3] 。被动控制也称无源控制,它不需要外部输入能量,仅通过控制系统改变结构系统的动力特性达到减轻动力响应的目的。而主动控制的过程则依赖于外界激励和结构响应信息,并需要外部输入能量,提供“控制力”。半主动控制也利用结构响应或外界激励信息,但仅需要输入少量能量以改变控制系统形态,达到改变结构动力特性从而减轻响应的目的。混合控制(也称杂交控制)指的是上述三类控制的混合应用,在结构上同时施加主动和被动控制,整体分析其响应,既克服纯被动控制的应用局限,也减小控制力,进而减小外部控制设备的功率、体积、能源和维护费用,增加系统的可靠性[4]。 2.1　被动控制结构被动控制是一种无源控制方法,包括隔震、吸振和耗能三大控制形式,采用直接减少、隔离、转移、消耗能量的方法达到减小结构振动的目的。在我国,20世纪50年代就提出基础隔震思想,80年代末结构控制方面的研究正式起步。由于被动控制易于工程实现,设计得好,效果不错,受到普遍重视。结构隔震体系是指在结构物底部与基础面(或底部柱顶)之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。为了达到明显的减震效果,隔震装置或隔震体系必须具备下述四项基本特性:1)承载特性;2)隔震特性;3)复位特性;4)阻尼消能特性。吸振减震是指在主体结构上附加吸振器子系统,用以减小主结构的振动。吸振器是包括质量系和弹簧系的小型振动系统,以质量系产生的惯性力作为控制力,通过弹簧系作用于主结构。常与粘滞阻尼器联合使用,并以阻尼器命名。耗能减震是指利用各种阻尼元件、吸能部件或摩擦支撑产生的阻尼力、塑性变形或摩擦力来衰减结构在外界干扰(如风荷载和地震荷载等)下的振动响应,具有耗能能力强、低周疲劳性能好的特点。结构消能减震的实质是,在结构内设置消能构件(或消能装置),它们能为结构提供较大的阻尼,在地震时大量消耗输入结构的振动能量,有效衰减结构的地震反应。2.2　主动控制结构主动控制是利用外部能源(计算机控制系统或智能材料),在结构物受激励振动过程中,瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性,以迅速衰减和控制结构振动反应的一种减震技术。主要应用于对抗震抗风要求较高,要求对多振型进行控制的 ? 95? 第35卷第19期2009年7月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.35No.19J ul.　2009

现代控制理论及应用

现代控制理论及应用李嗣福教授、博士生导师中国科学技术大学自动化系

一、现代控制理论及应用发展简介 1. 控制理论及应用发展概况 2. 自动控制系统和自动控制理论以单容水槽水位控制和电加热器温度控制为例说明什么是自动控制、控制律（或控制策略）、自动控制系统以及自动控制系统组成结构和自动控制理论所研究的内容。 2.1自动控制：利用自动化仪表实现人的预期控制目标。 2.2自动控制系统及其组成结构自动控制系统：指为实现自动控制目标由自动化仪表与被控对象所联接成闭环系统。自动控制系统组成结构：是由被控对象、测量代表、控制器或调节器和执行器构成反馈闭环结构，其形式有单回路形式和串级双回路形式。控制系统性能指标：定性的有稳（定性）、准（确性）、快（速性）。控制律（或控制策略、控制算法）：控制系统中控制器或调节器所采用的控制策略，即用系统偏差量如何确定控制量的数学表示式。 2.3自动控制系统类型主要有：按系统参数输入信号形式分：定值控制系统或调节系统和随动系统。按系统结构形式分：前馈控制系统（即开环系统）和反馈控制系统以及复合控制系统；按系统中被控对象的控制输入量数目和被控输出量数目分：单变量控制系统和多变量控制系统；按被控对象特性分：线性控制系统和非线性控制系统；按系统中的信号形式分：模拟（或时间连续）控制系统、数字（或时间离散）控制系统以及混合控制系统。 2.4自动控制理论：研究自动控制系统分析与综合设计的理论和方法。 3. 古典（传统）控制理论：采用数学变换方法（即拉普拉斯变换和富里叶变换）按照系统输出量

与输入量之间的数学关系（即系统外部特性）研究控制系统分析和综合设计问题。具体方法有：根轨迹法；频率响应法。主要特点：理论方法的物理概念清晰，易于理解；设计出控制律一般较简单，易于仪表实现主要缺点： ① 设计需要凭经验试凑，设计结果与设计经验关系很大； ② 系统分析和设计只着眼于系统外部特性； ③一般只能处理单变量系统分析和设计问题，而不能处理复杂的多变量系统分析和设计。 4. 现代控制理论及其主要内容现代控制理论：狭义的是指60年代发展起来的采用状态空间方法研究实现最优控制目标的控制系统综合设计理论。广义的是指60年代以来发展起来的所有新的控制理论与方法。控制系统状态空间设计理论：（1）用一阶微方程组表征系统动态特性，一般形式（连续系统）为 )()()(t BU t AX t X +=——状态方程（连续的一阶微分方程组） )()(t CX t Y =——输出方程离散系统： )()()1(t BU t AX k X +=+——状态方程（离散的一阶差分方程组） )()(k CX k Y = k ——为大于等于零整数，表示离散时间序号； ?????? ??? ???=)() ()()(21k x k x k x k X n ——状态向量，其中)(k x i ，()n i ,,1 =为状态变量； ????? ???? ???=)() ()()(21k u k u k u k U m ——输入向量，其中)(k u i ， ()m i ,,1 =为各路输入；

现代控制理论概述及实际应用意义

13/2012 59 现代控制理论概述及实际应用意义王凡王思文郑卫刚武汉理工大学能源与动力工程学院【摘要】控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于我们社会生活的方方面面。本文介绍了现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应用以及经典控制理论与现代控制理论的差异，并介绍现代控制理论的应用。提出了学习现代控制理论的重要意义。【关键词】现代控制理论；差异；应用；意义 1.引言控制理论作为一门科学技术，已经广泛地运用于我们社会生活的方方面面。例如，我们的教学也使用了控制理论的方法。老师在课堂上讲课，大家在课堂上听，本身可看作一个开环函数；而同学们课下做作业，再通过老师的批改，进而改进和提高老师的授课内容和方法，这就形成了一个闭环控制。像这样的例子很多，都是控制理论在生活中的应用。现代控制理论如此广泛，因此学好现代控制理论至关重要。 2.现代控制理论的产生与发展现代控制理论的产生和发展经过了很长的时期。从现代控制理论的发展历程可以看出，它的发展过程反映了人类由机械化时代进入电气化时代，并走向自动化、信息化、智能化时代。其产生和发展要分为以下几个阶段的发展。 2.1 现代控制理论的产生在二十世纪五十年代末开始，随着计算机的飞速发展，推动了核能技术、空间技术的发展，从而对出现的多输入多输出系统、非线性系统和时变系统的分析与设计问题的解决。科学技术的发展不仅需要迅速地发展控制理论，而且也给现代控制理论的发展准备了两个重要的条件—现代数学和数字计算机。现代数学，例如泛函分析、现代代数等，为现代控制理论提供了多种多样的分析工具；而数字计算机为现代控制理论发展提供了应用的平台。 2.2 现代控制理论的发展五十年代后期，贝尔曼（Bellman）等人提出了状态分析法；在1957年提出了动态规则；1959年卡尔曼（Kalman）和布西创建了卡尔曼滤波理论；1960年在控制系统的研究中成功地应用了状态空间法，并提出了可控性和可观测性的新概念；1961年庞特里亚金（俄国人）提出了极小（大）值原理；罗森布洛克（H.H.Rosenbrock）、麦克法轮（G.J.MacFarlane）和欧文斯（D.H.Owens）研究了使用于计算机辅助控制系统设计的现代频域法理论，将经典控制理论传递函数的概念推广到多变量系统，并探讨了传递函数矩阵与状态方程之间的等价转换关系，为进一步建立统一的线性系统理论奠定了基础。 20世纪70年代奥斯特隆姆（瑞典）和朗道（法国，https://www.360docs.net/doc/5d3259598.html,ndau）在自适应控制理论和应用方面作出了贡献。与此同时，关于系统辨识、最优控制、离散时间系统和自适应控制的发展大大丰富了现代控制理论的内容。 3.现代控制理论的内容及研究方法现代控制理论的内容主要有为系统辨识；最优控制问题；自适应控制问题；线性系统基本理论；最佳滤波或称最佳估计。（1）系统辨识系统辨识是建立系统动态模型的方法。根据系统的输入输出的试验数据，从一类给定的模型中确定一个被研究系统本质特征等价的模型，并确定其模型的结构和参数。（2）最优控制问题在给定约束条件和性能指标下，寻找使系统性能指标最佳的控制规律。主要方法有变分法、极大值原理、动态规划等极大值原理。现代控制理论的核心即：使系统的性能指标达到最优（最小或最大）某一性能指标最优：如时间最短或燃料消耗最小等。（3）自适应控制问题在控制系统中，控制器能自动适应内外部参数、外部环境变化，自动调整控制作用，使系统达到一定意义下的最优。模型参考自适应控制

pH计和溶氧分析仪的原理及特点

pH计和溶氧分析仪的原理及特点 1、pH计的工作原理水的pH值随着所溶解的物质的多少而定，因此pH值能灵敏地指示出水质的变化情况。pH 值的变化对生物的繁殖和生存有很大影响，同时还严重影响活性污泥生化作用，即影响处理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之间。水在化学上是中性的，某些水分子自发地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氢离子和氢氧根离子。在中性溶液中，氢离子H+和氢氧根离子OH-的浓度都是10～7mol/l，pH值是氢离子浓度以10为底的对数的负数：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有过量的氢离子，则pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氢氧根离子过量，则溶液呈碱性。 pH值通常用电位法测量，通常用一个恒定电位的参比电极和测量电极组成一个原电池，原电池电动势的大小取决于氢离子的浓度，也取决于溶液的酸碱度。该厂采用了CPS11型pH 传感器和CPM151型pH变送器。测量电极上有特殊的对pH反应灵敏的玻璃探头，它是由能导电、能渗透氢离子的特殊玻璃制成，具有测量精度高、抗干扰性好等特点。当玻璃探头和氢离子接触时，就产生电位。电位是通过悬吊在氯化银溶液中的银丝对照参比电极测到的。pH值不同，对应产生的电位也不一样，通过变送器将其转换成标准4～20mA输出。 2、溶氧分析仪的工作原理水中的氧含量可充分显示水自净的程度。对于使用活化污泥的生物处理厂来说，了解曝气池和氧化沟的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，会促进除厌氧微生物以外的生物活动，因而能去除挥发性物质和易于自然氧化的离子，使污水得到净化。

测定氧含量主要有三种方法：自动比色分析和化学分析测量，顺磁法测量，电化学法测量。水中溶氧量一般采用电化学法测量。该厂采用了COS4型溶氧传感器和COM252型溶氧变送器。氧能溶于水，溶解度取决于温度、水表面的总压、分压和水中溶解的盐类。大气压力越高，水溶解氧的能力就越大，其关系由亨利（Henry）定律和道尔顿（Dalton）定律确定，亨利定律认为气体的溶解度与其分压成正比。以COS4氧量测量传感器为例，其中的电极由阴极（常用金和铂制成）和带电流的反电极（银）、无电流的参比电极（银）组成，电极浸没在电解质如KCl、KOH中，传感器有隔膜覆盖，隔膜将电极和电解质与被测量的液体分开，因此保护了传感器，既能防止电解质逸出，又可防止外来物质的侵入而导致污染和毒化。相反电极和阴极之间施加极化电压，假如测量元件浸入在有溶解氧的水中，氧会通过隔膜扩散，出现在阴极上（电子过剩）的氧分子就会被还原成氢氧根离子： O2+2H2O+4e-? 4OH-。电化学当量的氯化银沉淀在反电极上（电子不足）：4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-。对于每个氧分子，阴极放出4个电子，反电极接受电子，形成电流，电流的大小与被测同污水的氧分压成正比，该信号连同传感器上热电阻测出的温度信号被送入变送器，利用传感器中存储的含氧量和氧分压、温度之间的关系曲线计算出水中的含氧量，然后转化成标准信号输出。参比电极的功能是确定阴极电位。COS4溶氧传感器的响应时间为：3分钟后达到最终测量值的90%，9分钟后达到最终测量值的99%；最低流速要求为0.5cm/s。 3、 pH计的特点

数字控制理论及应用(讲稿)第二章数字控制系统的组成

第二章数字控制系统的组成第一节数字控制系统硬件及软件组成一、硬件部分计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。 1、主机它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。 2、接口电路它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。 3、过程输入/输出通道过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。 1）、模拟量输入（AI）通道：生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。 2）、模拟量输出（AO）通道：模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。 3）、开关量输入（DI）通道：用来输入各种限位（限值）开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可以是交流电压信号、直流电压信号或干接点信号。 4）、开关量输出（DO）通道：用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备。输出形式一般为无源触点和有源OC门两种。

智能控制理论及应用的发展现状

●专家论谈　智能控制理论及应用的发展现状杭州浙江大学工业控制技术研究所　(310027)　许晓鸣　孙优贤上海交通大学自动化系　(200030)　熊　刚在控制工程实践中,人们常常涉及到传感器、执行器、通信系统、计算机以及控制策略和具体算法。它们构成的控制系统可以比拟成一个人,如图1。传感器用来采集反映被控对象特性的信息,它就象人的五官;执行器用来把控制决策命令施加于被控对象,它好比人的四肢;通信技术把传感器采集到的信息及时送到控制器,就象人们的神经系统;计算机是控制器的硬件环境,就象人的脑袋。这四部分在控制系统设计中占去人们大部分精力, 但是控制策略和具体算法就好象人的大脑一样,是控制系统的“指挥中心”。设计尽量“聪明”和适用的控制算法是控制理论发展的动力和内容。图1　控制系统的构成框图 1　智能控制的兴起 111　自动控制的发展与挫折本世纪40～50年代,以频率法为代表的单变量系统控制理论逐步发展起来,并且成功地用在雷达及火力控制系统上,形成了今天所说的“古典控制理论”。60～70年代,数学家们在控制理论发展中占了主导地位,形成了以状态空间法为代表的“现代控制理论”。他们引入了能控、能观、满秩等概念,使得控制理论建立在严密精确的数学模型之上,从而造成了理论与实践之间的巨大分歧。70年代后,又出现了“大系统理论”。但是,由于这种理论解决实际问题的能力更弱,它很快被人们放到了一边。112　人工智能的发展斯坦福大学人工智能研究中心的N ilsson 教授认为:“人工智能是关于知识的科学——怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学”。M IT 的W in ston 教授指出:“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才做的智能性工作”。 1956年以前是人工智能的萌芽期。英国数学家图灵(A 1M 1T u ring 1912 ～1954)为现代人工智能作了大量开拓性的贡献;1956年～1961年是人工智能的发展期,人们重点研究了诸如用机器解决数学定义,通用问题求解程序等。1961年以后人工智能进入了飞跃期,主要内容涉及知识工程、自然语言理解等。人们研究人工智能方法也分为结构模拟派和功能模拟派,分别从脑的结构和脑的功能入手进行研究。113　智能控制的兴起建立于严密的数学理论上的控制理论发展受到挫折,而模拟人类智能的人工智能却迅速发展起来。控制理论从人工智能中吸取营养求发展成为必然。工业系统往往呈现高维、非线性、分布参数、时变、不确定性等复杂特征。特别是非线性对控制结果的影响复杂,控制工程人员很难深入理解,更谈不上设计出合适的控制算法。不确定性是最难以解决的问题,也是导致大系统理论失败的根本原因。但是,对这些问题用工程控制专家经验来解决则往往是成功的。人是最聪明的控制器,模仿人是一种途径。萨里迪斯(Saridis )于1977年提出了智能控制的三元结构定义,即把智能控制看作为人工智能、自动控制和运筹学的交点。在智能控制发展初期,美国普渡大学的傅京孙(K 1S 1Fu )教授首先提出了学习控制的概念,引入了人工智能的直觉推理。后来在人工智能的概念模拟基础上,发展了许多智能控制方法,如自整定、参数调整P I D 等。再后来则以发展实用的智能控制算法为主,尤以专家系统和神经元网络最为突出。 2　智能控制的发展框架图2　智能控制的发展框架现在有关智能控制方面的论文很多,我们可以把

ph计的原理

PH计原理 ?用电位法测定溶液的pH值是最基本的方法。电位测量pH的原理来源于能斯特公式。如把一支对氢离子可逆的电极和一支参比电极放人溶液中，就组成了原电池。由于原电池中参比电极的电位在一定条件下是不变的，那么原电池的电动势的数值就随着被测溶液中氢离子的活度而变。因此，可以通过测量原电池的电动势，计算溶液中的pH值。 PH计分类 ?人们根据生产与生活的需要，科学地研究生产了许多型号的酸碱度计。 1.按测量精度可分0.2级、0.1级、0.01级或更高精度。 2.按仪器体积分有笔式（迷你型）、便携式、台式还有在线连续监控测量的在线式。 3.根据使用的要求笔式（迷你型）与便携式PH酸碱度计一般是检测人员带到现场检测使用。 PH计的组成 ?PH计由三个部件构成，简单的说就是电极和电计组成的。 1）一个参比电极； 2）一个玻璃电极，其电位取决于周围溶液的pH； 3）一个电流计，该电流计能在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。参比电极：参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位，作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。玻璃电极：玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中，就组成一个原电池，该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池＝E参比+E玻璃，如果温度恒定，这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化，而测量pH计中的电池产生的电位是困难的，因其电动势非常小，且电路的阻抗又非常大1－100MΩ；因此，必须把信号放大，使其足以推动标准毫伏表或毫安表。电流计：电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍，放大了的信号通过电表显示出，电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度，为了使用上的需要，pH电流表的表盘刻有相应的pH数值；而数字式pH计则直接以数字显出pH值。 PH计使用方法 ? 1.校正：先将仪器斜率调节在100%位置，再根据被测溶液的温度，调节温度调节器到该温度值。

现代控制理论1-8三习题库

信息工程学院现代控制理论课程习题清单

3.有电路如图1-28所示。以电压U(t)为输入量，求以电感中的电流和电容上的电压作为状态变量的状态方程，和以电阻 R 2上的电压作为输出量的输出方程。 4.建立图P12所示系统的状态空间表达式。 M 2 1 f(t) 5.两输入u i ，U 2，两输出y i ，y 的系统，其模拟结构图如图 1-30所示, 练习题，输出为，试自选状态变量并列写出其状 2. 有电路如图所示，设输入为态空间表达式。 C ri _ l- ------- s R 2 U i U ci L u A ------ — 2 R i

试求其状态空间表达式和传递函数阵。 6.系统的结构如图所示。以图中所标记的 x 1、x 2、x 3作为状态变量，推导其状态空间表达式。其中，u 、y 分别为系统的输入、输出，1、 2 试求图中所示的电网络中，以电感 L i 、L 2上的支电流x i 、X 2作为状态变量的状态空间表达式。这里 u 是恒流源的电流值，输出 y 是R 3上的支路电压。 8. 已知系统的微分方程 y y 4y 5y 3u ，试列写出状态空间表达式。 9. 已知系统的微分方程 2y 3y u u ，试列写出状态空间表达式。 10. 已知系统的微分方程 y 2y 3y 5y 5u 7u ，试列写出状态空间表达式。 7. 3均为标量。

11. 系统的动态特性由下列微分方程描述 y 5 y 7 y 3y u 3u 2u 列写其相应的状态空间表达式，并画出相应的模拟结构图。 12. 已知系统传递函数 W(s) 坐卫 2 ,试求出系统的约旦标准型 s(s 2)(s 3) 的实现，并画出相应的模拟结构图 13. 给定下列状态空间表达式 X 1 0 1 0 X 1 0 X 2 2 3 0 X 2 1 u X 3 1 1 3 X 3 2 X 1 y 0 0 1 x 2 X 3 (1)画出其模拟结构图；(2)求系统的传递函数 14. 已知下列传递函数，试用直接分解法建立其状态空间表达式，并画出状态变量图。 15. 列写图所示系统的状态空间表达式。 16. 求下列矩阵的特征矢量 0 1 0 A 3 0 2 12 7 6 17. 将下列状态空间表达式化成约旦标准型(并联分解) (1)g(s ) s 3 s 1 3 2 s 6s 11s 6 ⑵ g(s ) s 2 2s 3 3 c 2 s 2s 3s 1

特种电机的结构、控制原理及应用

课程设计报告课题名称特种电机的结构、控制原理及应用目录摘要 ............................................................................................................................................. II ABSTRACT........................................................................................................................................ I II 第1章绪论 . (1) 1.1 课题背景 (1) 1.2 课题意义及主要工作 (1) 第2章步进电动机 (2) 2.1步进电动机的分类、结构及特点 (2) 2.1.1步进电动机的分类 (2) 2.1.2步进电动机的结构及特点 (2) 2.2步进电动机的工作原理、主要参数及特性 (4) 2.2.1步进电动机的工作原理 (4) 2.2.2主要参数及特性 (5) 2.3步进电动机的应用 (6) 第3章三相交流伺服电动机 (7) 3.1交流伺服电动机结构 (7) 3.2交流伺服电动机工作原理 (7) 3.2.1交流伺服电动机工作原理 (7) 3.2.2交流伺服电动机有以下三种转速控制方式 (8) 3.3三相交流伺服电动机的应用 (8) 第4章总结 (9) 参考文献 (10) 谢辞 .................................................................................................................. 错误！未定义书签。

酸度计的工作原理及使用方法

酸度计的工作原理及使用方法１、酸度计（pH计）的工作原理酸度计(以下简称pH计)是采用氢离子选择性电极测量液体pH值的一种广泛使用的化学分析仪器。酸度计是用电势法来测量pH值的，其基本原理是: 将一个连有内参比电极的可逆氢离子指示电极和一个外参比电极同时浸入到某一待测溶液中而形成原电池，在一定温度下产生一个内外参比电极之间的电池电动势。这个电动势与溶液中氢离子活度有关，而与其它离子的存在基本没有关系。仪器通过测量该电动势的大小，最后转化为待测液的pH值而显示出来。实验中为了操作方便，常常把连有内参比电极的氢离子指示电极和外参比电极复合在一起构成复合电极。复合电极的基本结构如图1所示。其主要组成部件如下：图1 复合pH电极的基本结构示意图 (1)玻璃薄膜球泡：它是由具有H+交换功能的锂玻璃熔融吹制而成，呈球形，膜厚在 mm 左右，25 o C下的电阻值 < 250兆欧。 (2)玻璃支持管：是支持电极球泡的玻璃管体，由电绝缘性优良的铅玻璃制成，其膨胀系数与电极球泡玻璃一致。 (3)内参比电极：多为Ag/AgCl电极或饱和甘汞电极，主要作用是提供一个稳定的参比电势，要求其电极电势稳定，温度系数小。 (4)内参比溶液：为pH值恒定的缓冲溶液或浓度较大的强酸溶液，如 mol/L HCl溶液。 (5)电极壳：电极壳是支持玻璃电极和液接界，盛放外参比溶液的壳体，通常由聚碳酸

酯(PC)塑压成型或者玻璃制成。PC 塑料在有些溶剂中会溶解，如丙酮、四氯化碳、三氯乙烯、四氢呋喃等，如果测试液中含有以上溶剂，就会损坏电极外壳，此时应改用玻璃外壳的pH 复合电极。 (6)外参比电极：多为银/氯化银电极或饱和甘汞电极，其作用也是提供一个稳定的参比电势，要求其电极电势稳定，重现性好，温度系数小。 (7)外参比溶液：常为饱和氯化钾溶液或KCl 凝胶电解质。 (8)液接界：液接界是外参比溶液和被测溶液之间的连接部件，要求渗透量大且稳定，通常由瓷砂芯材料构成。 (9)电极导线：为低噪音金属屏蔽线，内芯与内参比电极连接，屏蔽层与外参比电极连接。使用复合电极之前，必须将电极中的玻璃薄膜球泡在水中浸泡，使之形成一个三层结构，即中间的干玻璃层和两边的“水合硅胶层”。当球状玻璃膜的内外玻璃表面与水溶液接触时，Na 2SiO 3晶体骨架中的Na +或Li 2SiO 3中的Li +与水溶液中的H +发生交换： G-Na ++H + = G-H ++Na + 或 G-Li ++H + = G-H ++Li + 因为该交换过程的平衡常数很大，因此，玻璃膜内外表面层中的Na +或Li +的位置几乎全部被H + 所取代，从而形成所谓的“水合硅胶层”。当把浸泡好的玻璃电极插入到待测溶液中时，水合硅胶层与溶液接触，由于硅胶层表面H + 活度和溶液中H + 活度不同，形成活度差，H +便从活度大的一方向活度小的一方迁移，从而在硅胶层与溶液中建立了平衡，改变了胶 - 液两相界面的电荷分布，产生一定的相界电势。同理，在玻璃膜内侧水合硅胶层 - 内部溶液界面也存在一定的相界电势。其相界电势可用下式表示： ˊln K 111外a a zF RT +=? 和 ˊln K 2 22内a a zF RT +=? 式中a 1、a 2分别表示外部待测溶液和内参比溶液中H +的活度；a 1ˊ、a 2ˊ分别表示玻璃膜外、内水合硅胶层表面的H + 活度；K 1、K 2分别为由玻璃膜外、内表面性质决定的常数。因为玻璃膜内外表面性质基本相同，所以k 1 = k 2，又因为水合硅胶层表面的Na + 或 Li +全部都被H +所取代，故a 1ˊ= a 2ˊ , 因此

智能控制理论及应用复习

智能控制理论及应用复习（紧扣课本）第一章绪论经典控制和现代控制理论的统称为传统控制，智能控制是人工智能与控制理论交叉的产物，是传统控制理论发展的高级阶段。智能控制是针对系统的复杂性、非线性和不确定性而提出来的，传统控制和智能控制的主要区别： ?传统控制方法在处理复杂化和不确定性问题方面能力很低；智能控制在处理复杂性、不确定性方面能力较高。智能控制系统的核心任务是控制具有复杂性和不确定性的系统，而控制的最有效途径就是采用仿人智能控制决策。 ?传统控制是基于被控对象精确模型的控制方式；智能控制的核心是基于知识进行智能决策，采用灵活机动的决策方式迫使控制朝着期望的目标逼近。传统控制和智能控制的统一：智能控制擅长解决非线性、时变等复杂的控制问题，而传统控制适于解决线性、时不变等相对简单的控制问题。智能控制的许多解决方案是在传统控制方案基础上的改进，因此，智能控制是对传统控制的扩充和发展，传统控制是智能控制的一

个组成部分。智能控制应用对象的特点 (1)不确定性的模型模型未知或知之甚少；模型的结构和参数可能在很大范围内变化。 (2)高度的非线性 (3)复杂的任务要求例如，要求系统对一个复杂的任务具有自行规划和决策的能力；要求除了实现对各被控物理量定值调节外，还要实现整个系统的自动启停、故障的自动诊断以及紧急情况的自动处理等功能。智能控制的基本特点 (1)分层递阶的组织结构 (2)多模态控制 (3)自学习能力 (4)自适应能力 (5)自组织能力 (6)优化能力智能控制系统的主要类型模糊控制

神经网络控制专家控制系统分层递阶智能控制（该系统由组织级、协调级、执行级组成，按照自上而下精确程度渐增、智能程度渐减的原则进行功能分配。在这类多层智能控制系统中，智能主要体现在高层次上，其主要作用是模仿人的功能实现规划、决策、学习和任务协调等任务。执行级仍然采用现有数学解析控制算法，对数值进行操作和运算。）与常规控制方法相比，模糊控制有以下特点： ①模糊控制完全是在操作人员控制经验基础上实现对系统的控制，无需建立数学模型，是解决不确定性系统的一种有效途径。 ②模糊控制具有较强的鲁棒性，被控对象参数的变化对模糊控制的影响不明显，可用于非线性、时变、时滞系统的控制。 ③由离线计算得到控制查询表，提高了控制系统的实时性。 ④控制的机理符合人们对过程控制作用的直观描述和思维逻辑，为智能控制应用打下了基础。人工神经网络具有几个突出的特点： ①可以充分逼近任意复杂的非线性关系； ②所有定量或定性的信息都分布贮存于网络内的各神经元的连接上，故有很强的鲁棒性和容错性； ③采用并行分布处理方法，使得快速进行大量运算成为可能； ④可学习和自适应不知道或不确定的系统。

在线pH计的基本工作原理

一）PH计价格有几种1便携笔式PH计价格300-900,2实验室用PH计价格1500-3000，工业在线PH计价格国产的三四千，进口的8000-10000左右二)PH计原理用酸度计进行电位测量是测量pH最精密的方法。pH计由三个部件构成： (1)一个参比电极； (2)一个玻璃电极，其电位取决于周围溶液的pH； (3)一个电流计，该电流计能在电阻极大的电路中测量出微小的电位差。由于采用最新的电极设计和固体电路技术，现在最好的pH可分辨出0.005pH单位。参比电极的基本功能是维持一个恒定的电位，作为测量各种偏离电位的对照。银-氧化银电极是目前pH中最常用的参比电极。玻璃电极的功能是建立一个对所测量溶液的氢离子活度发生变化作出反应的电位差。把对pH敏感的电极和参比电极放在同一溶液中，就组成一个原电池，该电池的电位是玻璃电极和参比电极电位的代数和。E电池＝E参比+E玻璃，如果温度恒定，这个电池的电位随待测溶液的pH变化而变化，而测量酸度计中的电池产生的电位是困难的，因其电动势非常小，且电路的阻抗又非常大(1－100MΩ)；因此，必须把信号放大，使其足以推动标准毫伏表或毫安表。电流计的功能就是将原电池的电位放大若干倍，放大了的信号通过电表显示出，电表指针偏转的程度表示其推动的信号的强度，为了使用上的需要，pH电流表的表盘刻有相应的pH数值；而数字式pH计则直接以数字显出pH值三）PH计如何选型技术指标 1、测量范围： pH值: 0～14.00pH ，分度值: 0.01pH；温度: 0～99.9℃，分度值: 0.1℃；电位值: –1999～+1999mV ，分度值: 0.1mV； 2、精度：pH值: ±0.05pH ；温度：±0.5℃（0～60.0℃）； 3、自动温度补偿范围：0～100.0℃，25℃为基准； 4、被测水样：0～100.0℃，0.6Mpa ； 5、电子单元自动温度补偿误差：±0.03pH ；

现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应用经典控制理论与现代控制理论的差异

现代控制理论的产生、发展、内容、研究方法和应用经典控制理论与现代控制理论的差异建立在状态空间法基础上的一种控制理论，是自动控制理论的一个主要组成部分。在现代控制理论中，对控制系统的分析和设计主要是通过对系统的状态变量的描述来进行的，基本的方法是时间域方法。现代控制理论比经典控制理论所能处理的控制问题要广泛得多，包括线性系统和非线性系统，定常系统和时变系统，单变量系统和多变量系统。它所采用的方法和算法也更适合于在数字计算机上进行。现代控制理论还为设计和构造具有指定的性能指标的最优控制系统提供了可能性。现代控制理论的名称是在1960年以后开始出现的，用以区别当时已经相当成熟并在后来被称为经典控制理论的那些方法。现代控制理论已在航空航天技术、军事技术、通信系统、生产过程等方面得到广泛的应用。现代控制理论的某些概念和方法，还被应用于人口控制、交通管理、生态系统、经济系统等的研究中。现代控制理论是在20世纪50年代中期迅速兴起的空间技术的推动下发展起来的。空间技术的发展迫切要求建立新的控制原理，以解决诸如把宇宙火箭和人造卫星用最少燃料或最短时间准确地发射到预定轨道一类的控制问题。这类控制问题十分复杂，采用经典控制理论难以解决。1958年，苏联科学家Л.С.庞特里亚金提出了名为极大值原理的综合控制系统的新方法。在这之前,美国学者R.贝尔曼于1954年创立了动态规划,并在1956年应用于控制过程。他们的研究成果解决了空间技术中出现的复杂控制问题，并开拓了控制理论中最优控制理论这一新的领域。1960～1961年，美国学者R.E.卡尔曼和R.S.布什建立了卡尔曼-布什滤波理论,因而有可能有效地考虑控制问题中所存在的随机噪声的影响，把控制理论的研究范围扩大，包括了更为复杂的控制问题。几乎在同一时期内，贝尔曼、卡尔曼等人把状态空间法系统地引入控制理论中。状态空间法对揭示和认识控制系统的许多重要特性具有关键的作用。其中能控性和能观测性尤为重要，成为控制理论两个最基本的概念。到60年代初，一套以状态空间法、极大值原理、动态规划、卡尔曼-布什滤波为基础的分析和设计控制系统的新的原理和方法已经确立，这标志着现代控制理论的形成。现代控制理论所包含的学科内容十分广泛,主要的方面有:线性系统理论、非线性系统理论、最优控制理论、随机控制理论和适应控制理论。线性系统理论它是现代控制理论中最为基本和比较成熟的一个分支，着重于研究线性系统中状态的控制和观测问题，其基本的分析和综合方法是状态空间法。按所采用的数学工具，线性系统理论通常分成为三个学派：基于几何概念和方法的几何理论，代表人物是W.M.旺纳姆;基于抽象代数方法的代数理论,代表人物是R.E.卡尔曼；基于复变量方法的频域理论，代表人物是H.H.罗森布罗克。非线性系统理论非线性系统的分析和综合理论尚不完善。研究领域主要还限于系统的运动稳定性、双线性系统的控制和观测问题、非线性反馈问题等。更一般的非线性系统理论还有待建立。从70年代中期以来，由微分几何理论得出的某些方法对分析某些类型的非线性系统提供了有力的理论工具。最优控制理论最优控制理论是设计最优控制系统的理论基础，主要研究受控系统在指定性能指标实现最优时的控制规律及其综合方法。在最优控制理论中，用于综合最优控制系统的主要