在连续时间控制系统中
一类连续时间网络控制系统分析及控制器设计
一
类 连 续时 问 网络 控 制 系 统分 析 及 控 制 器设 计
张 光 斌 ， 淑 娴 伦
（ 海 大 学 工 学 院 ， 宁 锦 州 ｌ １０ ） 渤 辽 ２０ ０
摘
要： 针对 网络 控制 系统 中存 在数 据传 输 时延和数 据 包丢 失 ， 以及 由被 控 对 象和控 制 器之
间的不 同步 给 系统所 带 来的稳 定性 问题 ， 出了一 种 状 态反 馈 控 制 器设 计 方 法 。采 用 带有 延 时 提
收稿 日期 ：０ １— ３— ２ ２１ ０ ０ ． 基 金 项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 （ ｏ６ ９ ４７ ） 辽 宁省 教 育 厅 优 秀 人 才 支 持 计 划 资 助 （ ｏ Ｌ ２ １０ ） Ｎ ：０ ７０ １ ； Ｎ ： Ｒ ０ ０ ２ 作 者 简介 ： 斌 （９ ６一） 男 ， 士 研 究 生 ， 事 网络 控 制 及 智 能 控 制 方 向 研 究 ． 张光 １８ ， 硕 从 伦 淑娴 （９ ２一） 女 ， 授 ， ｌ ， １７ ， 教 博 ｌ 主要 从 事 网 络 控 制 系 统 及 智 能 的 控 制 方 向研 究 ． １
０ 引 言
网络 控制 系统 （ Ｃ ） Ｎ Ｓ 是指 通 过计算 机 网络将 传感 器 、 动 器 、 控对 象和 控制 器作 为 网络结 点连 接起 驱 被 来共 同完 成控 制 任务 的系统 ， 主要 特点 在 于反 馈控 制 系统 中的 控制 回路 是 通 过 网络 信 道 连 接而 形 成 闭 其 环 ¨ 。 由于控制 环是 通过 一个 实 时 网络 来 闭合 的 ， 因此在 环路 中就 不可 避 免地 存 在着 由于通 信 延 迟 而带 来 的时 问延迟 ， 当时 间延 迟 相对 于采样 周期 而 言不能 忽 略 时 ， 时延 将使 系 统 的性 能 大 打 折扣 ， 时 引起 系 有
PID控制教程
PID控制原理教程第一讲 数字PID概述1.1概述在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。
其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。
数字PID控制比连续PID控制更为优越，因为计算机程序的灵活性，很容易克服连续PID控制中存在的问题，经修正而得到更完善的数字PID算法。
本章将详细地讨论数字PID控制器的设计和调试问题。
1.2PID控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口﹑执行机构﹐加到被控系统上﹔控制系统的被控量﹐经过传感器﹐变送器﹐通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统﹐其传感器﹑变送器﹑执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。
可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。
还有可以实现PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。
请问如何用pid控制阀门的开合度？
请问如何用pid控制阀门的开合度？过程控制的四大参数，温度、压力、流量、液位。
因此，对每种参数进行测量和调节不仅确保安全生产，还提高产品质量及经济效益。
在生产过程控制中，控制阀是很常见的控制元件。
作用是什么？由定位器发出控制信号，来改变被调参数，使被调参数控制在工艺要求范围内，从而实现生产过程自动化。
PID液位调节阀控制这个控制系统有四个环节，PID控制器、调节阀、被控对象（容器）、检测变送器（液位计），从而构成一个单回路控制系统。
其中核心环节是PID控制器，在连续时间控制系统中，PID控制器是应用最广泛的，技术也成熟。
因此，长期以来也就形成了经典的结构，参数整定方便、结构更换灵活，满足一般的控制要求是没任何问题的。
例如DCS控制系统就能够实现PID控制阀门的开合度。
上图就是用DCS组态做的一个液位单回路组态，它就是PID液位控制器。
然后再把液位变送器的模拟量输入组态做好即可。
上图中的回路1位号可以自行定义，是控制液位就是LIC后面连接数字，是温度控制就是TIC后面连接数字。
代表的是某某指示控制器，例如LIC就是液位指示控制器。
回路1输入是检测变送器的模拟量输入位号，输出位号是模拟量输出位号。
因此，只要把液位单回路组态好了，然后编译下载即可，在监控画面就能够看到组态好的操作界面。
在操作界面里面有手自动、PID、报警设置、手工置值等功能。
如果是手动控制，其实与PID没有任何关系，只有自动控制才与阀门有关。
这里关键的是PID参数整定的好坏，直接关系到被调参数是否控制在工艺要求范围内。
所以，PID参数没有整定好，投自动是无法进行的，于是不得不用手动控制阀门开合度。
PID控制过程，就是现场的液位变送器不断的给PID控制器反馈信号，然后根据工艺要求的值与反馈过来的值做差，差值大于零它就发出控制指令使调节阀开合度大点，差值小于零它就发出控制指令使调节阀开合度小点。
因此，能否使液位控制精准，不光是PID控制器的功劳，还离不开检测变送器的功劳，现场液位变送器测量不准那么自动控制肯定也不精准。
连续时间系统的时分析
连续时间系统的时分析连续时间系统的时分析是研究连续时间系统中信号在时间上的属性和特征的重要方法。
时分析的主要目的是深入理解信号在时间上的演化规律，以揭示系统的动态行为和性能。
时分析在多个领域都有广泛的应用，如信号处理、通信、控制系统等。
通过时分析，我们可以了解信号的频率成分、时域分布、瞬态特性、周期性等属性，从而为系统设计、故障诊断和优化提供重要的依据。
本文将介绍连续时间系统的时分析的重要性和背景，并讨论一些常用的时分析方法和工具。
通过深入研究和应用时分析，我们可以更好地理解和利用连续时间系统的动态行为，从而提高系统的性能和可靠性。
连续时间系统的定义连续时间系统是一种在时间上连续变化的系统。
它以无限多个时刻为基础，对连续时间内的输入信号进行分析和处理。
与离散时间系统相比，连续时间系统具有自变量和因变量均为连续的特点。
连续时间系统的概念和特点连续时间系统可以通过微分方程或差分方程来描述其动态行为。
连续时间系统可以是线性系统或非线性系统，可以是时变系统或时不变系统。
连续时间系统的特点之一是其输入和输出信号均是连续的，因此它能够处理包含连续时间范围内的信号。
这使得连续时间系统在模拟电路、控制系统和信号处理领域中得到广泛应用。
另一个特点是连续时间系统具有无限多个输入和输出值。
通过对连续时间内的输入信号进行积分运算，连续时间系统能够生成连续时间内的输出信号。
这使得连续时间系统能够对信号进行连续的分析和处理。
时分析是对连续时间系统进行的一种分析方法。
它通过研究连续时间系统在时域上的行为来理解系统的动态特性和性能。
在时分析中，我们研究系统对不同输入信号的响应情况，包括系统的稳态响应和暂态响应。
通过时分析，我们可以了解系统对不同输入信号的滤波特性、传递函数和频率响应等重要性能指标。
时分析可以通过使用微分方程、拉普拉斯变换或傅里叶变换等数学工具来进行。
这些工具可以帮助我们理解系统对不同输入信号的响应，并从中得出有关系统稳定性、阶数、传输速度等信息。
已知传递函数求原函数
已知传递函数求原函数一、传递函数和原函数的概念在探讨已知传递函数求原函数的问题之前，我们首先需要明确传递函数和原函数的概念。
1. 传递函数传递函数是指输入与输出之间的关系，它描述了信号在系统中的传递方式。
在控制系统中，传递函数通常用数学表达式表示，可以是一个多项式函数、有理函数或者其他形式的函数。
传递函数通常用记号G(s)表示，其中s是一个复数变量。
传递函数可以是连续时间传递函数，也可以是离散时间传递函数。
2. 原函数原函数是指给定一个函数的导数，求出该函数本身的过程。
原函数也被称为不定积分。
在微积分中，我们知道，对于一个函数f(x)，如果它的导数是F’(x)，那么F(x)就是f(x)的原函数。
二、已知传递函数求原函数的方法已知传递函数求原函数是控制系统中常见的问题之一。
下面我们将介绍几种常用的方法。
1. 反演Laplace变换在连续时间控制系统中，传递函数通常用Laplace变换表示。
如果我们已知传递函数的Laplace变换形式，那么可以通过反演Laplace变换求得原函数。
具体来说，我们可以使用Laplace变换的反演公式，将传递函数的Laplace变换形式转换回时间域的函数形式。
在离散时间控制系统中，传递函数通常用Z变换表示。
如果我们已知传递函数的Z 变换形式，那么可以通过反演Z变换求得原函数。
类似于Laplace变换，我们可以使用Z变换的反演公式，将传递函数的Z变换形式转换回时间域的函数形式。
3. 傅里叶变换在信号处理中，傅里叶变换是一种常用的工具。
如果我们已知传递函数的傅里叶变换形式，那么可以通过反演傅里叶变换求得原函数。
傅里叶变换的反演公式将传递函数的傅里叶变换形式转换回时间域的函数形式。
4. 差分方程对于离散时间控制系统，我们可以使用差分方程来描述传递函数和原函数之间的关系。
如果我们已知传递函数的差分方程形式，那么可以通过求解差分方程得到原函数。
三、示例为了更好地理解已知传递函数求原函数的方法，我们来看一个具体的示例。
容错控制——精选推荐
容错控制知识一知识点1冗余：多余的重复或啰嗦内容，通常指通过多重备份来增加系统的可靠性。
2冗余设计：通过重复配置某些关键设备或部件，当系统出现故障时，冗余的设备或部件介入工作，承担已损设备或部件的功能，为系统提供服务，减少宕机事件的发生。
3冗余设计常用方法有硬件冗余、软件冗余(主要指解析冗余)、功率冗余。
3.1硬件冗余方法是通过对重要部件和易发生故障的部件提供备份，以提高系统的容错性能。
软件冗余方法主要是通过设计控制器来提高整个控制系统的冗余度，从而改善系统的容错性能。
硬件冗余方法按冗余级别不同又可分为元件冗余、系统冗余和混合冗余。
元件冗余通常是指控制系统中关键部件(如陀螺仪和加速度计等)的冗余。
(l)静态“硬件冗余”例如设置三个单元执行同一项任务，把它的处理结果，如调节变量相互比较，按多数原则(三中取二)判断和确定结构值。
采用这种办法潜伏着这样的可能性: 有两个单元同时出错则确定的结果也出错，不过发生这种现象的概率极小。
(2)动态“硬件冗余”即在系统运行之初，并不接入所有元件，而是留有备份，当在系统运行过程中某元件出错时，再将候补装置切换上去，由其接替前者的工作。
这种方法需要注意的问题是切换的时延过程，最好能保持备份元件与运行元件状态的同步。
3.2软件冗余又可分为解析冗余、功能冗余和参数冗余等，软件冗余是通过估计技术或软件算法来实现控制系统的容错性，解析冗余技术是利用控制系统不同部件之间的内在联系和功能上的冗余性，当系统的某些部件失效时，用其余完好部件部分甚至全部地承担起故障部件所丧失的作用，以将系统的性能维持在允许的范围之内。
冗余技术在某种程度上能提高DCS 本身的可靠性和数据通信的可靠性, 但对于整个闭环系统来讲,系统中还包含传感器，变送器，和执行器等现场设备，他们往往工作在恶劣的环境下，出现故障的概率也比较高，软硬件冗余一般无能为力，我们要采用容错控制来提升系统稳定性。
4 容错控制指控制系统在传感器，执行器或元部件发生故障时，闭环系统仍然能够保持稳定，并且能够满足一定的性能指标，则称之为容错控制系统。
连续时间系统极点配置设计
连续时间系统极点配置设计连续时间系统极点配置设计是一种重要的控制系统设计方法，通过调整系统的极点位置来实现对系统动态响应的控制。
在控制系统设计中，合理配置系统的极点可以有效地改善系统的稳定性、快速性和精确性等性能指标。
一、连续时间系统极点配置设计概述连续时间系统极点配置设计是指根据控制要求和系统特性，通过选择合适的控制器参数或调整反馈环节来改变系统的极点位置。
根据所需的动态响应特性，可以将极点配置为稳定、快速或者抑制干扰等不同目标。
二、连续时间系统极点配置设计方法1. 极点分布法：该方法根据所需的动态响应特性，将所有极点分布在复平面上合适的位置。
常见的分布方式有根轨迹法、频率域法等。
通过选择不同的分布方式和调整参数，可以实现不同目标下的极点配置。
2. 极点追踪法：该方法通过观察被控对象输出信号与期望信号之间的差异，并根据差异调整控制器参数，使得被控对象输出信号能够尽可能地接近期望信号。
通过迭代调整控制器参数，最终实现期望的极点配置。
3. 极点映射法：该方法通过将所需的极点位置映射到单位圆上，并根据映射关系选择合适的控制器参数。
通过调整参数，可以实现所需的极点配置。
三、连续时间系统极点配置设计步骤1. 确定系统要求：根据控制对象和控制要求，明确系统的性能指标和动态响应特性要求。
2. 分析系统特性：对被控对象进行建模和分析，得到系统的传递函数或状态空间模型。
3. 选择设计方法：根据系统特性和要求，选择合适的极点配置设计方法。
4. 进行极点配置设计：根据选定的设计方法，进行具体的极点配置设计。
可以借助计算机辅助工具进行仿真与优化。
5. 调试与验证：将设计好的控制器应用于实际系统中，并进行调试与验证。
根据实际效果对设计进行修正和优化。
四、连续时间系统极点配置设计案例假设有一个二阶惯性环节控制系统，传递函数为G(s) = K / (s^2 + 2ξω_ns + ω_n^2)，其中K为增益，ξ为阻尼比，ω_n为自然频率。
自动控制原理第5章频率特性
自动控制原理第5章频率特性频率特性是指系统对输入信号频率的响应特点。
在自动控制系统设计中，了解和分析系统的频率特性是非常重要的，因为它可以帮助工程师评估系统的稳定性，性能和稳定裕度。
本章主要介绍频率特性的相关概念和分析方法，包括频率响应函数、频率幅频特性、相频特性、对数坐标图等。
1.频率响应函数频率响应函数是描述系统在不同频率下的输出和输入之间的关系的函数。
在连续时间系统中，频率响应函数可以表示为H(jω)，其中j是虚数单位，ω是频率。
频率响应函数通常是复数形式，它包含了系统的振幅和相位信息。
2.频率幅频特性频率幅频特性是频率响应函数的模的图形表示，通常用于表示系统的增益特性。
频率幅频特性通常用对数坐标图绘制，以便更好地显示系统在不同频率下的增益特性。
对数坐标图上，增益通常以分贝（dB）为单位表示。
3.相频特性相频特性是频率响应函数的相角的图形表示，通常用于表示系统的相位特性。
相频特性可以让我们了解系统对输入信号的相位延迟或提前情况。
在相频特性图上，频率通常是以对数坐标表示的。
4. Bode图Bode图是频率幅频特性和相频特性的综合图形表示。
它将频率幅频特性和相频特性分别绘制在纵轴和横轴上，因此可以直观地了解系统在不同频率下的增益和相位特性。
5.系统的稳定性分析频率特性可以帮助工程师判断系统的稳定性。
在Bode图上，当系统的相位角趋近于-180度，且增益在此处为0dB时，系统即将变得不稳定。
对于闭环控制系统，我们希望系统在特定频率范围内保持稳定，以便实现良好的控制性能。
6.频率特性的设计频率特性的设计是自动控制系统设计中的一个重要任务。
工程师需要根据系统对不同频率下的增益和相位的要求，设计出合适的控制器。
常见的设计方法包括校正器设计、分频补偿、频率域设计等。
总结：本章重点介绍了自动控制系统的频率特性，包括频率响应函数、频率幅频特性、相频特性和Bode图。
频率特性的分析和设计对于掌握自动控制系统的稳定性、性能和稳定裕度非常重要。
连续时间积分器和离散时间积分器转换
连续时间积分器和离散时间积分器转换
在控制系统中，连续时间积分器和离散时间积分器是两个重要的概念。
它们在信号处理和系统控制中起着至关重要的作用。
接下来，我将为您介绍这两个概念以及它们的应用。
连续时间积分器是一种用于连续时间信号处理的重要工具。
它可以将输入信号进行积分操作，从而得到输出信号。
这种积分操作可以看作是对输入信号的累加。
连续时间积分器通常由电路实现，使用电容和电阻等元件来实现积分功能。
它常用于控制系统中的位置、速度和加速度等连续变量的控制。
离散时间积分器则是用于离散时间信号处理的工具。
它将输入信号进行离散化，并对离散信号进行积分操作。
离散时间积分器通常由数字电路实现，使用存储器和计算单元等元件来实现积分功能。
它广泛应用于数字滤波器、数字控制系统和数字信号处理等领域。
这两种积分器在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在机器人控制系统中，连续时间积分器可以用于实现位置控制，离散时间积分器可以用于实现速度控制。
在语音信号处理中，连续时间积分器可以用于去除噪声，离散时间积分器可以用于语音合成。
在图像处理中，连续时间积分器可以用于平滑图像，离散时间积分器可以用于图像增强。
总结起来，连续时间积分器和离散时间积分器是控制系统中常用的
信号处理工具。
它们可以实现对输入信号的积分操作，从而得到输出信号。
无论是在连续时间领域还是离散时间领域，它们都具有广泛的应用。
它们的应用领域涵盖了机器人控制、语音信号处理和图像处理等多个领域。
通过合理的使用这两种积分器，我们可以更好地控制系统，处理信号，并实现各种应用需求。
控制系统期末试题答案
控制系统期末试题答案一、选择题1. 控制系统的开环传递函数表示为G(s) = 5/(s^2 + 3s + 2)，请计算其极点的位置。
A. s = -1, -2B. s = -1±jC. s = -2, -1/2D. s = -2±√2答案：C2. 在PID控制器中，比例（P）、积分（I）和微分（D）的作用分别是什么？A. P：减小偏差；I：消除稳态误差；D：增加系统稳定性B. P：增加系统稳定性；I：减小偏差；D：消除稳态误差C. P：减小偏差；I：增加系统稳定性；D：消除稳态误差D. P：消除稳态误差；I：减小偏差；D：增加系统稳定性答案：C3. 根轨迹法是用来分析控制系统的什么特性？A. 稳态性能B. 动态性能C. 暂态性能D. 所有性能答案：B4. 在控制系统中，奈奎斯特判据主要用于判断什么？A. 系统的稳态性能B. 系统的频率响应C. 系统的稳定性D. 系统的暂态性能答案：C5. 状态空间表示法中，状态变量的选择应满足的条件是什么？A. 状态变量相互独立B. 状态变量数量最少C. 状态变量易于测量D. 所有选项都是答案：A二、填空题1. 对于连续时间控制系统，其传递函数表示为G(s) = 10/(s^3 +4s^2 + 2s + 5)，其零点位置为s = _______ 。
答案：-1, -2, -5/22. 在闭环控制系统中，若系统的开环增益K增大，则系统的_______会增加，可能导致系统_______。
答案：稳定性；振荡3. 一个二阶系统的自然频率为ωn = 4 rad/s，阻尼比ζ = 0.5，其对应的闭环传递函数为G(s) = K/(s^2 + 2ζωns + ωn^2)，请计算该系统的K值，使得系统具有单位增益稳态误差。
答案：K = 1/(ωn^2) = 0.06254. 对于离散时间控制系统，其传递函数通常表示为Z域内的有理分式，例如G(z) = 5z/(z^2 + 2z + 1)，则该系统的稳态误差比为_______。
时域、S域、
时域、S域、Z域转换自动控制中，基于时间考虑，控制系统包括时间连续和时间离散两种，对于连续时间控制系统，一般会考虑将其转换为s 域进行分析处理；对于离散时间控制系统，则一般考虑将其转换到z 域进行分析处理。
在这几种空间域中，存在相互转换的关系。
下面分别进行分析描述：1 时域时域是对控制系统最直观的描述，不管是连续还是离散控制系统，其结构都可以用时间来进行描述。
2 s 域s 域又称为频域，其对控制系统的分析是纯数学分析，而时域则是对控制系统和控制过程的直观描述。
一般将正弦波视为频域中唯一存在的波形（因为时域中的任何波形都可以用正弦波进行合成）注：任何两个频率不同的正弦波都是正交的。
如果将两个正弦波相乘并在整个时间轴上求积分，则积分值为零。
这说明可以将不同的频率分量相互分离开。
3 z 域z 域是对离散时间系统的描述，其来源于连续系统的拉氏变换，z 变换时对采样函数拉氏变换的变形。
对连续时间系统进行采样，并对采样信号进行处理的空间域就称为z 域。
4 域间转换 4.1 时域到s 域对于时域到s 域的转换可以跟踪积分、微分关系进行转换。
如，对于系统22()d i dif t A B C idt dt dt=++⎰，可根据积分、微分的对应，直接将其转换为2()CF s As Bs s=++。
对于系统的积分，一般都是考虑将积分转换为微分进行处理的。
结合拉普拉斯变换0()()st F s f t e dt ∞-=⎰，可以对时域到S 域进行转换，另外，令s j ω=，则可以对S 域进行频域分析。
4.2 时域到z 域对于时域到z 域的转换可以根据各次时间量的时间次序进行转换。
如，对于系统()(1)(2)()(1)y t Ay t By t Cx t Dx t =---++-，则可以将其转换为112()()()1Y z C Dz G z X z Az Bz ---+==-+。
结合z 域的含义，定义0()()n n E z e nT z ∞-==∑，然后结合等比级数求和的方法进行整合。
连续时间系统的系统函数课件
掌握传递函数的零点和极点的概念及其在系统分析中的作用。
极点、零点和增益
1 2
极点和零点的定义
了解极点和零点的定义及其在系统函数中的作用 。
增益的概念
掌握增益的概念及其在系统分析中的应用。
3
极点、零点和增益的关系
了解极点、零点和增益之间的关系及其对系统性 能的影响。
03
系统函数的分析方法
通过系统函数，可以分析 系统的频率响应、稳定性 、阻尼特性等性能指标。
控制系统的设计
系统函数是控制系统设计 的基础，通过改变系统函 数可以设计出不同性能的 控制系统。
系统辨识
通过对实际系统的输入输 出数据进行辨识，可以得 到系统的系统函数，进而 进行系统分析和控制。
02
系统函数的数学表达
微分方程与系统函数的关系
频率响应分析
频率响应的定义
01
频率响应是系统对正弦波输入的稳态响应，它反映了系统在不
同频率下的输出振幅和相位变化。
频率响应的求解方法
02
通过拉普拉斯变换将时域系统函数转化为复频域系统函数，然
后求解出系统的幅频特性和相频特性。
频率响应分析的意义
03
频率响应是系统稳定性和性能的重要指标，通过对频率响应的
线性时不变性分析
线性时不变性的定义
如果系统对于任何输入信号的响应都是线性的，并且具有时不变 性，则称该系统是线性时不变系统。
线性时不变性的性质
线性时不变系统具有叠加性、均匀性和时不变性等性质。
线性时不变性分析的意义
线性时不变性是许多控制系统的重要性质，通过对线性时不变性的 分析可以了解系统的控制性能和稳定性特性。
描述
三阶系统函数，由电阻R、电容C 、电感L和阻尼电阻Rd组成。
基于PID的流量调节阀的设计
基于PID的流量调节阀的设计俞志勇;李青;王燕杰;周泽正;王先进【摘要】针对流量控制,设计了一种结构简单、控制方便、精度高的基于PID的流量调节阀;流量调节阀主要由手动平衡阀、流量传感器、步进电机和控制器四部分组成,控制器采用PID算法控制步进电机;检测步进电机电流的大小不仅能确定手动平衡阀是否到达了极限调节值,也可以防止过电流损坏电机;实验测试中,用PC机对输出流量值进行设定和对流量调节阀的控制效果进行分析;通过反复试验,证明了输出的流量值能准确快速的跟随设定值的变化而变化;研究表明,基于PID的流量调节阀能实现高精度的流量控制.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2016(024)008【总页数】4页(P118-121)【关键词】流量控制;调节阀;PID;步进电机【作者】俞志勇;李青;王燕杰;周泽正;王先进【作者单位】中国计量学院机电工程学院,杭州 310018;中国计量学院机电工程学院,杭州 310018;中国计量学院机电工程学院,杭州 310018;中国计量学院机电工程学院,杭州 310018;中国计量学院机电工程学院,杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TH134随着科学技术的发展，对工业生产工艺的控制要求也愈加苛刻。
流量、温度、压力和物位一起被称为过程控制的四大参数［1］。
对液体流量进行测量和调节是保证安全生产、提高产品质量和提高经济效益的关键。
调节阀作为一种常见的控制元件，其作用就是通过调节器发出的控制信号，来改变调节参数，把被调参数控制在工艺所要求的范围内，以实现生产过程的自动化［2］。
调节阀主要分为平衡阀（包括手动平衡阀和自力式平衡阀）、温控阀和电动调节阀3种［3］。
手动平衡阀是一次性手动调节的，不能够自动地随系统工况变化而改变阻力系数，控制不方便；自力式调节阀不具有判断和泄水功能，当压差超过正常范围时，就不能很好发挥应有的功能，甚至不能工作；温控阀主要用于供暖系统的流量调节，其电热驱动器的动作反应速度慢，当进水温度变化较大时混水温度会出现波动；电动调节阀电机运行过程中产生的内热会导致热保护，使调节阀停止工作，且由于运动部件多，容易产生故障。
pr比例谐振控制器的离散化
pr比例谐振控制器的离散化在连续时间系统中，PR比例谐振控制器的传递函数通常表示为Gc(s)=Kp(1+1/(Tis)),其中Kp表示比例增益，Ti表示积分时间常数。
在离散时间系统中，我们需要将这个传递函数转换为差分方程的形式。
离散化有多种方法，其中一种常用的方法是采用Z变换。
通过将s 替换为Z-1，我们可以将连续时间系统的传递函数转换为离散时间系统的传递函数。
对于PR比例谐振控制器，离散化后的传递函数可以表示为Gd(z)=Kp(1+T/(2Ti))/(1-(1-T/(2Ti))z-1)。
需要注意的是，离散化过程中的采样周期T也是一个重要的参数。
采样周期的选择应根据系统的特性和性能要求来确定。
较小的采样周期可以提高系统的响应速度，但可能会增加计算负荷；较大的采样周期可以减少计算负荷，但可能会降低系统的响应速度。
在实际应用中，我们可以通过调整比例增益和积分时间常数来优化离散化后的控制器性能。
比例增益的选择应根据系统的稳定性和跟踪性能来确定，而积分时间常数的选择应根据系统的稳定性和抗干扰能力来确定。
离散化后的PR比例谐振控制器可以通过数字控制器实现。
数字控制器可以使用微处理器或数字信号处理器来实现。
通过将离散化后的传递函数转换为差分方程的形式，我们可以通过编程实现相应的控制算法。
离散化后的PR比例谐振控制器在工业控制系统中具有广泛的应用。
它可以用于机械控制系统、电力系统、化工系统等各种领域。
通过离散化，我们可以利用数字控制技术来实现系统的精确控制和优化性能。
离散化是将连续时间系统转换为离散时间系统的重要过程。
对于PR 比例谐振控制器，离散化的方法可以采用Z变换。
通过将连续时间系统的传递函数转换为离散时间系统的传递函数，我们可以实现离散化后的控制器。
离散化后的PR比例谐振控制器在工业控制系统中具有广泛的应用，可以实现系统的精确控制和优化性能。
《自动控制原理》第一章-自动控制原理精选全文完整版
● 执行环节： 其作用是产生控制量，直接推动被控对象的 控制量发生变化。如电动机、调节阀门等就是执行元件。
常用的名词术语
1.稳定性
一个控制系统能正常工作的首要条件。 稳定系统：当系统受到外部干扰后，输出会偏离正 常工作状态，但是当干扰消失后，系统能够回复到 原来的工作状态，系统的输出不产生上述等幅振荡、 发散振荡或单调增长运动。
2.动态性能指标
反映控制系统输出信号跟随输入信号的变化情况。 当系统输入信号为阶跃函数时，其输出信号称为 阶跃响应。
时，线性系统的输出量也增大或缩小相同倍数。
即若系统的输入为 r(t) 时，对应的输出为 y(t)，则
当输入量为 Kr(t)时，输出量为 Ky(t) 。
（2）非线性系统
● 特点：系统某一环节具有非线性特性，不满足叠加原理。 ● 典型的非线性特性：继电器特性、死区特性、饱和特性、
间隙特性等。
图1-5 典型的非线性特性
对被控对象的控制作用，实现控制任务。
图1-3 闭环控制系统原理框图
Hale Waihona Puke (3)复合控制系统 工作原理：闭环控制与开环控制相结合的一种自动控制系 统。在闭环控制的基础上，附加一个正馈通道，对干扰信 号进行补偿，以达到精确的控制效果。
图1-4 复合控制系统原理框图
2.按系统输入信号分类
（1）恒值控制系统 系统的输入信号是某一恒定的常值，要求系统能够克服 干扰的影响，使输出量在这一常值附近微小变化。
举例：连续生产过程中的恒温、恒压、恒速等自动控制 系统。
卷积积分在连续时间系统中的应用
卷积积分在连续时间系统中的应用
卷积积分是一种在信号处理和控制系统中广泛使用的数学工具，它被用来描述系统的输入和输出之间的关系。
在连续时间系统中，卷积积分通常被用来计算系统的响应，以及分析信号的频率和幅度特性。
卷积积分的基本形式是将一个信号与另一个信号的反转和平移
版本相乘，然后对结果进行积分。
在连续时间系统中，这通常表示为输入信号和系统的冲击响应之间的卷积积分。
该过程可以帮助工程师分析系统的稳定性、时域响应和频域响应。
卷积积分在连续时间系统中的应用包括滤波器设计、噪声降低、信号重建和控制系统设计。
通过对信号进行滤波处理，卷积积分可以帮助提高信号质量和减少噪声干扰。
此外，卷积积分也可以用来重建缺失的信号，例如通过对多个传感器读数进行处理来估计物体的位置和运动方向。
总之，卷积积分在连续时间系统中是一种非常有用的数学工具，它可以帮助工程师分析和设计各种系统，从而提高系统的性能和可靠性。
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根轨迹 实轴 重根-概述说明以及解释
根轨迹实轴重根-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以按照以下方式进行编写：根轨迹、实轴和重根是控制系统理论中的重要概念。
在控制系统设计和分析中，根轨迹是一种图形工具，用以描述系统在不同参数下的稳定性和动态响应特性。
通过绘制根轨迹图，我们可以直观地了解系统的稳定性、振荡性以及对不同输入信号的响应能力。
而实轴则是复平面上的实数轴，它在根轨迹分析中具有重要的作用。
实轴上的点表示系统的特征根中的实部，而特征根则是指控制系统的传递函数分母多项式的根。
实轴上的点可以揭示系统在不同参数下的稳定性，特别是当特征根的实部为负数时，系统会趋向于稳定。
此外，重根也是一个值得关注的概念。
当控制系统的传递函数分母多项式中存在重根时，系统的动态响应会呈现出一些特殊的特征。
重根会导致系统的阶数减小，从而影响系统的性能指标和稳定性。
本文将深入探讨根轨迹、实轴和重根在控制系统中的定义、性质和影响。
在正文部分，将详细介绍根轨迹的概念，并探讨实轴在根轨迹分析中的重要作用。
同时，将讨论重根的特征以及其对系统动态性能和稳定性的影响。
最后，在结论部分，将总结根轨迹、实轴和重根在控制系统设计和分析中的重要性，并提出应对重根带来的挑战的策略。
通过本文的研究，读者将能够更深入地理解根轨迹、实轴和重根在控制系统中的意义，从而为系统的设计和优化提供更加准确和有效的指导。
同时，对于控制系统的稳定性分析和振荡特性评估，本文所提供的知识也将为工程师和研究人员提供有益的参考。
文章结构部分的内容可以如下所示：1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来讨论根轨迹、实轴和重根的相关概念和性质。
第一部分是引言部分，我们将概述本文的主要内容和目的。
首先我们将介绍根轨迹的定义和概念，以及其在系统稳定性分析中的作用。
接着我们将探讨实轴的性质和其对系统稳定性的影响。
最后，我们将介绍重根的特征和其对系统的影响。
第二部分是正文部分，主要包括三个小节。
在第一个小节中，我们将详细讨论根轨迹的定义和概念，以及如何通过绘制根轨迹图来分析系统的稳定性。
量化的连续时间网络控制系统的H_∞控制
量化的连续时间网络控制系统的H_∞控制刘英英;杨光红【摘要】考虑带有两个量化器的连续时间网络控制系统的控制问题,量化器采用静态量化形式.在系统中,状态和控制信号分别在传感器和控制器两侧进行量化.采用李亚普诺夫函数方法、Jessen不等式方法,引入松散变量技术和扇形有界方法获得了基于线性矩阵不等式的H_∞性能分析条件,在此基础上给出了量化的网络系统H_∞控制器的设计方法.数学例子说明了此方法的有效性.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(031)004【总页数】4页(P457-460)【关键词】H_∞控制;网络控制系统;量化;状态反馈【作者】刘英英;杨光红【作者单位】东北大学信息科学与工程学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学信息科学与工程学院,辽宁,沈阳,110004【正文语种】中文【中图分类】TP202近些年来,随着网络化控制系统研究的兴起,人们对量化问题又有了更多的重视,对量化问题的研究已经有了很多的成果[1-5]。
在网络控制研究中,量化的分析设计具体有一些特殊性,针对网络控制系统中传输时延、数据包丢失和信号量化现象同时存在的情况,文献[6]研究了离散时间网络控制系统的动态量化控制设计问题;文献[7]研究了离散时间网络控制系统的稳定性分析和稳定化问题,考虑了状态信号量化的情况,给出了H∞控制器的设计方法;文献[8]研究了基于数字通信网络线性系统的H∞控制器设计问题,这里也只考虑了系统的状态量化的情况,量化器采用动态量化的策略。
而实际上网络系统的控制输入在送给执行器之前也需要量化。
因而研究网络系统的状态信号和控制输入信号同时量化的问题更具有意义。
1 系统的描述1.1 网络系统模型考虑图1所示的网络控制系统。
其状态方程为式中:x(t)∈R n表示系统状态向量;ω(t)∈R h为扰动输入向量;u(t)∈R m是控制输入;z(t)∈R p为系统的被调输出;A,B,Bω,C为具有恰当维数的常矩阵。
时间响应的名词解释
时间响应的名词解释时间响应是一个在物理学、工程学和控制论等领域中常用的术语。
它描述了一个系统对于不同输入信号的响应速度和行为特性。
在这篇文章中，我们将对时间响应进行深入探讨，并解释其含义和背后的原理。
一、时间响应的基本概念时间响应是指一个系统在接收到不同输入信号后所产生的输出信号的随时间变化的行为。
这个过程可以用数学模型来描述，并通过各种指标来分析系统的性能和稳定性。
在实际应用中，时间响应可以用于系统控制、信号处理以及优化算法等方面。
二、连续时间系统的时间响应连续时间系统是指输出信号和输入信号是连续变化的系统。
在连续时间系统中，时间响应通常通过微分方程或差分方程来表示。
其中，微分方程描述了系统的动态特性，而差分方程则用于对数字信号进行建模和分析。
连续时间系统的时间响应可以分为两种基本类型：阶跃响应和冲激响应。
阶跃响应是指系统在接收到单位阶跃输入信号后的输出响应，可以反映出系统的稳态和过渡态响应。
而冲激响应则是指系统在接收到单位冲激输入信号后的输出响应，它的数学描述为系统的单位冲激响应函数。
三、离散时间系统的时间响应离散时间系统是指输出信号和输入信号是离散变化的系统。
在离散时间系统中，时间响应通常通过差分方程来描述，其中差分方程可以用于描述系统的动态特性。
离散时间系统的时间响应也可以分为阶跃响应和冲激响应两种类型。
与连续时间系统类似，阶跃响应是指系统在接收到单位阶跃输入信号后的输出响应，用于分析系统的稳态和过渡态响应。
冲激响应是指系统在接收到单位冲激输入信号后的输出响应，可以通过系统的单位冲激响应函数进行描述。
四、时间响应的重要指标时间响应的分析还包括了一些重要的指标，用于描述系统的性能和稳定性。
其中一种常用的指标是系统的上升时间，它衡量了系统输出从稳态值到达其最终值所需要的时间。
另一个指标是峰值时间，用于描述系统输出的峰值出现的时间。
还有两个重要的指标是峰值超调和稳态误差，它们分别用于描述系统输出的超调幅度和输出与期望值之间的误差。
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在连续时间控制系统中 WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
在连续-时间控制系统中，PID控制器应用得非常广泛。
其设计技术成熟，长期以来形成了典型的结构，参数整定方便，结构更改灵活，能满足一般的控制要求。
数字PID控制比连续PID控制更为优越，因为计算机程序的灵活性，很容易克服连续PID控制中存在的问题，经修正而得到更完善的数字PID算法。
本章将详细地讨论数字PID控制器的设计和调试问题。
数字PID控制
数字PID控制器参数选择
连续一时间PID控制系统如图3-1所示。
图中，D（s）为控制器。
在PID控制系统中，D（s）完成PID控制规律，称为PID控制器。
PID控制器是一种线性控制器，用输出量y（t）和给定量r（t）之间的误差的时间函数。
e(t)=r(t)-y(t)
(3-1)的比例，积分，微分的线性组合，构成控制量u（t）称为比例（Proportional）
积分（Integrating）
微分（Differentiation）控制，简称PID控制。
实际应用中，可以根据受控对象的特性和控制的性能要求，灵活地采用不同的控制组合，构成
比例（P）控制器
(3-2)
比例十积分（PI）控制器
(3-3)
比例十积分十微分（PID）控制器
(3-4)
式中 KP——比例放大系数；TI——积分时间； TD——微分时间。
比例控制能迅速反应误差，从而减小稳态误差。
但是，比例控制不能消除稳态误差。
比例放大系数的加大，会引起系统的不稳定。
积分控制的作用是，只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。
因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。
积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
微分控制可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
应用PID控制，必须适当地调整比例放大系数KP，积分时间TI和微分时间TD，
使整个控制系统得到良好的性能。
在电子数字计算机直接数字控制系统中，PID控制器是通过计算机PID控制算法程序实现的。
计算机直接数字控制系统大多数是采样-数据控制系统。
进入计算机的连续-时间信号,必须经过采样和整量化后，变成数字量，方能进入计算机的存贮器和寄存器，而在数字计算机中的计算和处理，不论是积分还是微分，只能用数值计算去逼近。
在数字计算机中，PID控制规律的实现，也必须用数值逼近的方法。
当采样周期相当短时，用求和代替积分，用差商代替微商，使PID算法离散化，将描述连续-时间
PID算法的微分方程，变为描述离散-时间PID算法的差分方程。
考虑式（3-4），用矩形积分时，有
(3-5)
用差分代替微分
(3-6)
将式（3一5）、（3一6）代入式（3一4），PID算法变为
(3-7)
或
式中 u 0——控制量的基值，即k=0时的控制；
u（k）——第k个采样时刻的控制； KP——比例放大系数； KI——积分放大系数；
KD——微分放大系数；
TS——采样周期。
式（3-7）是数字PID算法的非递推形式，称全量算法。
算法中，为了求和，必须将系统偏差的全部过去值e（j）（j=1，2，3，... ，k）都存储起来。
这种算法得出控制量的全量输出u（k），是控制量的绝对数值。
在控制系统中，这种控制量确定了执行
机构的位置，例如在阀门控制中，这种算法的输出对应了阀门的位置（开度）。
所以，将这种算法称为“位置算法”。
当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量（例如去驱动步进电动
机）时，需要用PID的“增量算法”。
由位置算法求出
再求出
两式相减，得出控制量的增量算法
（3-8）
式(3-8)称为增量式PID算法。
对增量式PID算法（3-8）归并后，得
(3-9)
其中
（3-9）已看不出是PID的表达式了，也看不出P、I、D作用的直接关系，只表示了各
次误差量对控制作用的影响。
从式（3-9）看出，数字增量式PID算法，只要贮存最近的三个误差采样值e（k）、e（k-1）、e（k-2）就足够了。
这就是我们前面涉及的系统，系统中只有一个PID控制器，如图3-13所表示。
计算机串级控制系统的典型结构如下图3-14所示。
系统中有两个PID控制器，其中一个控制器的输出，作为另一个控制器的给定。
图中，控制器PID2称副控制器，内环称副回路；PID1称主控制器，包围PID2的外环称主回路。
主控器的输出控制作为副回路的给定量。
串级控制系统的计算顺序是先主回路（PID1）后副回路（PID2）。
控制方式有两种：异步采样控制和同步采样控制。