控制系统设计论文【汇集4篇】

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控制系统设计论文【第一篇】

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：

控制系统设计论文【第二篇】

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【第三篇】

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。

参考文献：

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控制系统设计论文【第四篇】

机械系统设计的过程中需要从管理模型出发，按照机械设计管理成熟度模型的具体要求推进各项工作，保证机械制造企业能够符合生产经营管理的具体要求，按照机械模型标准化的要求推进系统设计，提高对系统的综合控制和管理能力，为机械系统优化控制创造良好的条件。机械系统设计的过程中需要从现成模型管理出发，保证模型化管理方案能够符合机械控制的总体要求，推进机械设计管理体系创新，为机械管理体系优化创造良好的平台。企业管理模式优化控制管理的过程中需要对模型控制的整体思路进行优化，确保整体思路能够符合管理效益提升的要求，实现机械系统的自动化控制，让机械系统设计更加符合机械系统管理的要求。机械设计过程中需要不断改变传统思维模式，让思维模式符合机械系统设计体系的具体要求，确保机械系统设计符合模型化控制的全面要求。机械设计模型化的提出对机械系统优化具有积极的作用，并且能够形成机械控制、机械管理、方案优化与一体，实现目标测算模型的全面控制和优化。

机械设计业务模型探索

机械设计的过程中需要对机械控制功能进行全面的分析，只有把握住机械控制功能，才能对机械功能进行全面的分析，提高机械设计业务管理水平，为机械业务模型控制和优化创造良好的平台。在新的机械业务管理链条控制下，需要对信息流进行优化控制，才能提升机械设计的综合管理控制能力，为机械综合控制管理创造良好的内部条件和外部条件。机械设计的过程中业务模型优化需要从价值链角度出发，对模型化管理工具进行全面的分析，实现对管理工具的全面控制，提升对机械管理工具的综合管理能力。

通过IT工具实现机械设计的模型优化

随着信息技术的发展，机械设计所利用的IT工具越来越多，因此要从云计算、互联网、大数据等角度出发，充分发挥机械工具的控制管理要求，保证新兴IT技术能够在机械设计中得到全面的应用。IT工具在业务需求控制管理的过程中需要进行流程化管理，确保权责控制能够符合机械化的具体要求，实现机械的流程化管理和控制，提高对机械控制管理的总体需求，在具体实施的过程中需要从价值创造和管理效率角度出发，实现机械设计的管理模型优化，为管理方案的探索和优化创造良好的条件，通过搜集整理和数据管理分析，保证机械设计能够符合管理决策控制的要求，实现机械系统的全面优化。机械设计中需要通过软件诊断和经验分析等手段，保证模型能够按照机电一体化控制的要求进行系统设计。机械设计咨询与机械设计软件和机械设计软件服务融合在一起的，需要按照一体化管理和控制的具体要求，积极推进机械系统的综合控制管理，从机械模型主脉出发，积极稳妥的推进机械系统优化控制。机械设计软件本身就是一种模型，因此管理模式存在固化现象，需要从全面预算管理的角度出发，解决机械设计中出现的问题，对机械系统进行全面的风险控制，保证机械系统设计符合模型化的具体要求。

2机械设计管理模型控制和优化

机械设计管理过程中需要从全面预算管理的角度出发，控制和优化机械设计的方案，提高机械模型的综合控制管理水平，对范式有效控制具有积极的作用，通过对机械业务的全面控制，才能对管理模型进行优化，提高对机械系统的综合管理水平。

机械设计中多业务模型控制

机械设计过程中需要对不同的功能进行不同的分析，确保功能业务能够被全面的掌控，实现对机械设计的管理模型优化，让参数能够符合机械设计中多业务管理的要求，提升对多业务模型的综合控制管理水平。机械设计要和参数及控制点紧密结合在一起，实现对情景的有效匹配，为机械控制管理和模型优化创造良好的条件。机械系统多业务模型控制管理的过程中需要从风险控制角度出发，按照管理模型的综合管理要求，提升机械系统的优化管理要求。

机械系统设计的质量模型控制优化

机械系统设计的过程中需要建立完善的质量管理和控制体系，通过对质量模型的优化和管理，实现对算法的全面管理，让机械系统设计能够符合质量标准要求，机械系统的质量控制与机械系统的效率是紧密结合在一起的，只有把机械系统的质量和系统的模型融合在一起，才能提升机械系统的综合控制管理水平，质量控制需要从机械元件出发，对每个元件进行机械模型优化，提高对机械模型的控制管理水平。机械系统模型设计与质量控制要从不同的方案出发，建立完善的质量控制管理体系，为模型管理创造良好的内部环境和外部环境。在机械设计平台中植入质量管理方案，可以实时对机械系统的质量进行监控，确保机械系统的质量管理能够符合质量控制的具体要求，实现对模型的全面分析和优化，对模型应用具有重要的作用。机械系统设计质量控制与机械系统模型管理是紧密结合在一起的，需要从不同的方案设计出发，提高机械系统的管理控制能力。

3机械系统设计模型控制和管理机制

机械系统设计模型控制要从模型管理的角度出发，加强管理机制建设，提高对机械系统的控制管理水平，为机械设计系统的综合管理创造良好的条件。

机械系统设计模型控制

机械系统设计需要从机械控制角度出发，建立完善的机械模型，保证机械系统能够得到全面的运行。机械系统设计模式控制需要遵循一定的规范，全面提升机械系统的综合控制、管理功能。机械系统功能模块设计过程中要从技术创新出发，确保CAD解决方案能够符合功能设计的总体要求，从机械系统操作角度进行模型控制，按照机械资源管理器的控制理念，提升机械系统的资源控制和管理能力，为机械系统更好的管理文件创造良好的条件。机械系统要实现高质量的模型控制，必须要从资源管理角度出发，促进机械系统模型优化管理工作。机械系统设计要和零件设计、部件设计紧密结合在一起，形成工程模式管理，全面优化机械系统的综合功能，提高机械系统的优化控制和管理功能。机械系统模型设计过程中需要建立一套完整的动态管理界面，减少不必要的操作流程，提高机械系统设计的控制管理能力。机械模型设计中要从特征模块出发，建立完善的标准控制管理系统，通过特征模型设计，可以实现对其标准的优化和控制，实现零件系统的信息共享。机械系统设计控制模型优化要与调用标准紧密结合在一起，形成机械配置管理的模式，从部件设计、零件设计、工程图角度出发，确保机械系统设计能够符合机械控制管理的具体要求。机械系统设计中需要通过不同的参数组合和变换，提高机械系统的综合控制管理水平。

机械设计模型管理机制设计

机械设计模型管理机制要从信息资源共享角度出发，建立完善的信息共享平台，提高机械设计的信息共享能力，为其更好的实现机械控制创造良好的平台。机械设计模型管理中要利用先进的工具，通过互联网进行协同控制和管理，保证机械系统能够得到全面的优化，为机械系统的管理模式创新创造良好的条件。机械设计中信息管理机制建设需要从文件控制管理角度出发，通过实体模型优化控制，确保互联网信息能够协同工作，在机械部件设计中进行参数信息管理，使设计能够符合机械控制管理的具体要求。通过智能零件技术能够实现系统的自动重复设计，保证智能零件能够符合创新技术方案设计的具体要求。机械设计模型与管理模式要紧密结合在一起，确保管理模式能够符合机械设计平台设计的管理要求，从不同平台实现信息资源的共享。

4结语