PID控制超详细教程(含软硬件上位机，很好）
PID控制超详细教程(含软硬件上位机，很好）SUNPLUS调节控制做电机速度控制月录页模拟控制模拟控制原理数字控制位置式算法增量式算法控制器参数整定凑试法临界比例法经验法采样周期的选择参数调整规则的探索自校正控制器软件说明软件说明档案构成界面子程序说明程序范例程序程序流程与说明中断子流稈与说明使用资源硬件使用资源说明实验测试响应曲线参考文献SUNPLUS调节控制做电机速度控制修订记录日期版本编写及修订者编写及修订说明初版错误校正SUNPLUS调节控制做电机速度控制模拟控制将偏差的比例()、积分()和微分()通过线性组合构成控制量用这一控制量对被控对象进行控制,这样的控制器称控制器、模拟控制原理在模拟控制系统中,控制器最常用的控制规律是控制。为了说明控制器的工作原理,先看个例子。如图—所示是一个小功率直流电机的调速原理图。给定速度与实际转速进行比较,其差值,经过控制器调整后输出电压控制信号经过功率放大后,驱动直流电动机改变其转速。+控器直流电机图小功率直流电机调速系统常规的模拟控制系统原理框图如图—所示。该系统由模拟控制器和被控对象组成。图中是给定值是系统的实际输岀值,给定值与实际输出值构成控制偏差式-)作为控制的输入,作为控制器的输出和被控对象的输入。所以模拟控制器的控制规律为式其中:控制器的比例系数搾制器的积分时间,也称积分系数控訇器的微分时间,也称微分系数比例积分被控对象微分图—模拟控制系统原理图比例部分SUNPLUS调节控制做电机速度控制比例部分的数学式表示是:在模拟控制器中,比例环节的作用是对偏差瞬闩作岀反应。偏差一旦产生控制器立即产生控制作用,使控制量向减少偏差的方冋变化。控制作用的强弱取决于比例系数,比例系数越大,控制作用越强,则过渡过程越快,控制过程的静态偏差也就越小;但是越大,也越容易产生振荡,破坏系统的稳定性。故而,比例系数选择必须恰当,才能过渡时间少,静差小而又稳定的效果。、积分部分积分部分的数学式表小是从积分部分的数学表达式可以知道,只要存在偏差,则它的控制作用就不断的增加;只有在偏差时,它的积分才能是一个常数,控制作用才是一个不会增加的常数。可见,积分部分可以消除系统的偏差积分环节的调节作用虽然会消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量。积分常数越大,积分的积累作用越弱,这时系统在过渡时不会产生振荡;但是增大积分常数会诚慢静态误差的消除过程,消除偏差所需的时间也较长,但可以减少超调量,提髙系统的稳定性.当较小时,则积分的作用较强,这时系统过渡时间中有可能产生振荡,不过消陰偏差所需的时间较短。所以必须根据实际控制的只体要求来确定。、微分部分微分部分的数学式表示是实际的控制系统除了希望消除静态误差外,还要求加快调节过程。在偏差岀现的瞬间,或在偏差变化的瞬间,不但要对偏差量做岀立即响应(比例环节的作用),而∏要根据偏差的变化趋势预先给岀适当的纠正。为了实现这一作用,可在控制器的基础上加入微分环节,形成控制器。微分环节的作用使阻止偏差的变化。它是根据偏差的变化趋势(变化速度)进行控制。偏差变化的越快,微分控制器的输出就越大,并能在偏差值变大之前进行修正。微分作用的引入,将有助于减小超调量,克服振荡,使系统趋于穩定,特別对髙阶系统非常有利,它加快了系统的跟踪速度但微分的作用对输入信号的噪声很敏感,对那些噪声较人的系统一般不用微分,或在微分起作用之前先对输入信号进行滤波。微分部分的作用由微分时间常薮决定。越大时,则它抑制偏差变化的作用越强棫小时,则它反抗偏差变化的作用越弱。微分部分显然对系统稳定有很大的作用。适当地选择微分常数,可以使微分作用达到最优由于计算机的出现,讣算机进入了控制领或。人们将模拟控制规律引入到计算机中来。对(式—)的控制规律进行适当的变換,就可以用软件实现控制,即数字搾制。SUNPLUS调节控制做电机速度控制数字控制数字式控制算法可以分为位置式和增量式控制算法。位置式算法由于计算杋控制是一种采样控制,它只能根据样时矧的偏差计算控制量,而不能像模拟控制那样连续输岀控制量量,进行连续控制。由于这·特点(式)中的积分项和黴分项不能直接使用,必须进行离散化处理。离散化处理的方法为:以作为采样周期,作为采样序号,则离散采样时间对应着连续时间,用矩形法数值积分近似代替积分,用一阶后向差分近似代膂微分,可作如下近似变换:≈1T〔k=0,1,2.e()h(门-Tag(),()-以(k-1)7]8-1di(式上式中,为了衣示的方便,将类似于简化成等。将(式-)代入(式一),就可以得到离散的表达式为(式一)或+(式其米样序号,一,,第次釆样时刻的计算机输出值:第次采样时刻输入的偏差值第—次采样时刻输入的偏差值:积分系数,微分系数,如果采样周期足够小,则〔式—)或(式—)的近似计算可以获得足够精确的结果,离散控制过程与连续过程十分接近。(式—)或(式一)表示的控制算法式直接按(式一)所给出的控制规律定义进行计算的,所以它给出了全部控制量的大小,因此被称为全量式或位置式控制算法这种算法的缺点是:由于全量输出,所以每次输出均与过去状态有关,计算时要对进行累加,SUNPLUS调节控制做电机速度控制工作量人;并且,因为计算杋输岀的对应的是执行机构的实际位置,如果计算机岀现故障,输岀的将大幅度变化,会引起执行机构的大幅度变化,有可能因此造成严重的生产事枚,这在实生产际中是不允许的。増量式探制算法可以避免着重现象发生。增量式算法所谓增量式是指数宇控制器的输岀只是控制量的增量Δ。当执行机构需要的控制量是增量,而不是位置量的绝对数佶时,可以使用增量式控制算法进行控制。增量式控制算法可以通过(式一)推导出。由(式一)可以得到控制器的第个采样时刻的输出值为+∑+式将(式一)与(式一)相减并整理,就可以得到增量式控制算法公式为△(式其中由(式—)可以看出,如果计算机控制系统采用恒定的采样周期日确定只要使用前后三次测量的偏差值,就可以由(式—)求出控制量。增量式控制算法与位置式算法(式一)相比,计算量小的多,因此在实际中得到广泛的应用而位置式搾制算法也可以通过增量式控制算法推岀递推计算公式:△式(式—)就是目前在计算机控制中广泛应用的数字递推控制算法控制器参数整定搾制器参数整定:指决定调节器的比例系数、积分时间、微分时间和采样周期的SUNPLUS调节控制做电机速度控制具体数值。整定的实质是通过改变调节器的参数,使其特性和过程特性相匹配,以改善系统的动态和静态指标,取得最佳的控制效果。整定调节器参数的方法很多,归纳起来可分为两大类,即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法和根轨迹法等;工程整定法冇凑试法、临界比例法、经验法、衰减曲线法和响应曲线法等。工程整定法特点不需要事先知道过程的数学模型,直接在过程控制系统中进行现场整定方法简单、计算简便、易于掌握凑试法按照先比例()、再积分()、最后微分()的顺序。置调节器积分时间∞,微分时间在比例系数按经验设置的初值条件下,将系统投入运行,由小到大整定比例系数求得满意的衰减度过渡过程曲线引入积分作用(此时应将上述比例系数设置为)。将由大到小进行整定若需引入微分作用时,则将按经验值或按(~)设置,并由小到人加入临界比例法在闭坯控制系统甲,将调节器置纯比例作用卜,从小到大逐渐改变调节器的比例系教,得到竿幅振荡的过渡过程。此时的比例系数称为临界比例系数相邻两个波峰间的时间间隔,称为临界振荡周期二界比例度法步骤:将调节器的积分时间置于最大(∞),微分时间置零),比例系数适当,平衡操作一段时问,把系统投入自动运行、将比例系数逐渐增大,得到等幅振荡过程,记卜临界比例系数和临界振蕩周期值根据和值,采用经验公式,计算出调节器各个参数,即、和的值。按先再最后的操作程序将调节器整定参数调到计算值上。若还不够满意,可再作进步调整。临界比例度法整定注意事项:有的过程控制系统,临界比例系数很大,使系统接近两式控制,调节阀不是全关就是全开,对工业生产不利有的过程控制系统,当调节器比例系数调到最大刻度值时,系统仍不产生等幅振荡,对此,就把最大刻度的比例度作为临界比例度进行调节器参数整定经验法用凑试汯确定参数需要经过多次反复的实验,为了减少凑试次数,提高工作效率,可以借鉴他人的经验,并根据‘定的要求,事先作少量的实验,以得到若「基准参数,然后按照经验公式用这些基准参数导出控制参数,这就是经验法。临界比例法就是一种经验法。这种方法首先将控制器选为纯比例控制器,并形成闭环,改变比例系数,使系统对阶跃输入的响应达到临界状态,这时记下比例系数、临界振荡周期为,根SUNPLUS调节控制做电机速度控制据一提供的经验公式,就可以由这两个基准参数得到不同类型控制器的参数,如表一所示。衣—临界比例法确定的模拟控制器参数控制器类型这种临界比例汯使针对模拟ˆ控制器,对于数字控制器,只要釆样周期取的较小,原则上也同样使用。在电动机的控制中,可以先采用临界比例法,然后在采用临界比例法求得结果的基础上,用凑试法进一步完善表一的控制参数,实际上是按衰减度为时得到的。通常认为的衰减度能兼顾到稳定性和快速性。如果要求更大的衰减,则必须用凑试法对参数作进一步的调整。采样周期的选择香农()采样定律:为不失真地复现信号的变化,采样频率至少应大于或等于连续信号最高频率分量的二倍。根据采样定律可以确定采样周期的上限值。实际采样周期的选择还要受到多方面因素的影响,不同的系统采样周期应根据具体情况米选择。采样周期的选择,通常按照过程特性与丨扰大小适当来选取采样周期:郾对于响应快、(如流量、压力)波动大、易受干扰的过程,应选取较短的采样周期:反之,当过程响应慢(如温度、成价)、滞后人时,可选取较长的采样周期采样周期的选取应与参数的整定进行综合考虑,采样周期应远小于过程的扰动信号的周期,在执行器的响应速度比较慢时,过小的采样周期将失去意义,因此可适当选大ˉ点;在计算机运算速度允许的条件下,采样周期短,则控制品质好;当过程的纯滞后时间较长时,一般选取采样周期为纯滞后时间的参数调整规则的探索人们通过对控制理论的认识和长期人工操作经验的总结,可知参数应依据以卜儿点来适应系统的动态过程。在偏差比较大时,为使尽快消除偏差,提高响应速度,冋时为了避免系统响应岀现超调,取大值,取零;在偏差比较小时,为继续减小偏差,并防止超调过大、产生振荡、稳定性变坏,值要减小,取小值;在偏差很小时,为消除静差,克服超调,使系统尽快稳定,值继续减小,值不变或稍取大。当偏差与偏差变化率同号时,被控量是朝偏离既定值方向变化。因此,当被控量接近定值时,反号的比列作用阻碍积分作用,避免积分超调及随之而来的振荡,有利于控制;而当被控量远未接近各定值并向定值变化时,则由于这两项反向,将会减慢控制过程。在偏差比较大时,偏差变化率与偏差异号时,值取零或负值,以加快控制的动态过程。偏差变化率的大小表明偏差变化的速率,越大,取值越小,取值越大,反之亦然。同时,要结合偏差大小来考虑
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MATLAB仿真在现代通信中的应用
MATLAB仿真在现代通信中的应用,特别是无线通信仿真详细具体，适合无线通信研发人员使用。内容简介本书以现代无线电通信中的关键技术:扩频、跳频、OFDM、3G系统、无线接入系统以及常见无线通信系统作为对象,以 MATLAB/ Simulink作为仿真工具,对上述系统进行了仿真实验还对数字信号通过各种调制方式,发送滤波器后的频谱特性,以及应用各种差错控制方式后的传输特性给出了系列仿真实例。并对上述仿真内容进行了简单的原理性介绍,对于建模和仿真编程中出现的主要问题与注意事项做了相应敏讲解。仝书源程序附有光盘本书可作为高等学校通信专业的教学、科硏参考书,也可供管理部门作为参考资料、图书在版编目C|P)数据MATLAB仿真在现代通信中的应用徐明远,邵玉斌编著一西安:西安电子科技大学出版社,20114ISBN978-7-56062554-6Ⅰ①M…Ⅱ①徐…②邵…Ⅲ①通信系统一系统仿真一软件包, MATLABⅣ①TN914中国版本图书馆CP数据核字(2011第027693号策划臧延新责任编辑杨宗周出版发行西安电子科技大学出版社(西安市太白南路2号)电话(029)8824288588201467邮编70071网址www.xduph.com电子邮箱 xdupfxb00@163com经销新华书店印刷单位陕西天意印务有限责任公版次2011年4月第1版20ll年4月第1次印刷开本787毫米×1092毫米116印张13625数315千字印数1~2000册定价30.00元(含光盘)ISBN978-7-5606-25546/N·0594XDUP2846001-1煮如有印装问题可调换*本社图书封面为激光防伪覆膜,谨防盗版。前言近十年来,无线电技术突飞猛进,无线电事业快速发展。扩频、跳频、OFDM技术3G系统、蓝牙、IEEE802.11a、数字电视、智能天线等技术的出现,让人目不暇接。无线电成了现代文明的重要组成部分。人们在享受现代文明带来的方便与效率时,想到了应该对这些新技术和新系统多一些了解,然而,深奧的理论、复杂的技术、昂贵的设备与仪器给学习带来了不少的困难。人们在寻找与快速进步的技术相适应的学习与研究方法时,MATLAB仿真在新技术的学习与新系统的研发中成了有力的工具。应用 MATLAB的编程方法和功能模块,可以搭建各种仿真系统,还可以应用丰富的时间域、频率域、相位域的仿真测量仪器。许多新一代通信系统的系统级的仿真程序出现在 MATLAB软件的演示实例中,这使得学习的效率大为提高,对技术与系统的理解已经从概念深入到电路方案和参数选取的层面。建立和谐的电磁环境,需要了解各种无线电通信系统的特性,其中包括时间域、频率域、相位域以及传输特性。特别是它们之间的定量关系可以从仿真实例运行的结果中得到。也可以说,每个仿真实例就是一个小实验平台,实验中可以对通信的相关原理,甚至通信系统进行研究,其中的分类结果也可以作为资料备查。本书应用 MATLAB仿真工具对常见的调制方式、发送滤波器、差错控制方式以及各种通信系统(包括新一代的通信系统)的相关特性进行研究。可以运行的大量仿真实例,一方面给出了仿真的结果;另一方面还给出了部分仪表测量的结果可供比对。仿真实例大部分是作者在教学与科研实践中自行编制的,小部分是 MATLAB软件中的演示仿真实例全书分以下五部分:第一部分基础知识,包括数字调制、发送滤波器、通信信号的测量与表达。第二部分常用无线电通信系统,包括公众移动通信系统、专用移动通信系统、卫星通信系统。第三部分新技术与3G,包括扩频、跳频、OFDM以及3G系统。第四部分无线接入系统与数字电视,包括蓝牙、802.1a与数字电视。第五部分天线与射频技术,包括天线阵列、射频传输线、滤波器。书中给出了简单的原理介绍、 MATLAB仿真的系统、程序(光盘)以及程序运行结果。对编程中的主要问题与注意事项作了讲解。着重讨论了各种系统及输出信号的频谱特性。对于系统的传输特性,以及影响系统传输特性的因素,譬如调制方式、差错控制方式也进行了较系统的讨论。为了保持本书简练的篇幅,没有在书中详细介绍所有仿真系统中各个模块的参数设置,也没有将雷同的系列仿真系统的程序在书中展示。购书所附的光盘提供了书中提到的全部软件。点击模块打开对话框可以仔细研究其中每个模块的参数设置。若需要还可以将其拷贝出来后按照读者的意愿,遵循 MATLAB的相关规则更改参数后进行学习研究。本书可作为高等学校通信专业的教学、科研参考书,也可供管理部门作为参考资料。本书编写中的不妥和疏漏之处,还望读者给予指出。作者的联系方式:xumil@163com,shaoyun99@sina.com徐明远邵玉斌2011年1月说明1.用 MATLAB m文件编写的程序序号在本书中是这样表示的:比如程序35表示第3章的序号为5的程序。在 MATLAB软件中用CHX35表示。2. MATLAB/Simulink程序在本书及 MATLAB软件中都用SCHX3_10表示(第3章的序号为10的程序),该仿真系统框图在本书中用图3-10表示。3.本书的程序可运行在 MATLAB2008B版本目录第一部分基础知识第1章数字调制1.1非连续相位的角度调制31.1.1FSK信号的仿真1.1.2PSK信号的仿真1412连续相位的角度调制.1.3正交幅度调制29第2章发送滤波器,·,2.1概论322.2升余弦脉冲滤波器.332.3平方根升余弦滤波器4124高斯滤波器…46第3章通信信号的测量与表达3.1通信仿真中常用的信号测量模块3.1.1 Simulink基本模块中的 Sinks子库简介,,,,,,,,,,,,,,,,,513.12 Simulink通信工具箱中的 Comm sinks子库简介….52313 Simulink信号处理工具箱中的 Signal Processing Sinks子库简介533.2信号的测量…623.21窄带随机信号的产生和波形测量3.2.2各种信号的表示和测量633.3差错控制传输特性的测量与表达72331线性码……1733.32循环码.753.33里德-索洛蒙码773.34卷积码335汉明码3.3.6BCH码3.37循环冗余码8534信号统计参数的测量.…863.4.1统计模块库86342概率密度函数873.4.3瑞利衰落信道的仿真测试……344图像的灰度直方图3.5图像和视频信号的测量与表达3.5.1模块库…3.52图像的读出与显示933.53图像加噪与滤波…,.,,,·943.54图像的二维变换与反变换963.5.5图像有损压缩“““第二部分常用无线电通信系统第4章公众移动通信系统1014.1公众通信系统概述…….1014.1.1最早期的移动通信系统014.1.2第1代移动通信系统….4.1.3第2代移动通信系统1024.1.4第2.5代移动通信系统……,,,,,,,1044.1.5第3代移动通信系统1064.1.6第4代移动通信系统…1084.2GSM全球移动通信系统.,,非1094.3CDPD蜂窝数字分组数据网……11144NADC北美数字蜂窝网1134.5PDC个人数字蜂窝电话144.6 CDMA IS-95码分多址通信系统1174.7CT-2第2代无绳电话系统184.8数字增强型无绳通信标准12049PHS个人手持式电话系统12第5章专用移动通信系统12451集群通信系统…12452APCO数字集群通信系统1255.3 TETRA欧洲数字集群通信系统12754THTS地面航空电话系统…129第6章卫星通信系统1316.1铱星系统.1316.2美国ICO卫星通信系统13363甚小孔径终端卫星通信系统…135第三部分新技术与3G第7章新技术…1417.1扩频1417.2多元扩频7.3跳频…14674正交多载波调制OFDM.150第8章3G系统15281 WCDMA码分多址通信系统15282CDMA2000码分多址通信系统157第四部分无线接入系统与数字电视第9章无线接入系统…91蓝牙系统 BLUE TOOTH16592无线局域网 HiperLAN216993无线局域网802.11标准,.非,,,,,,,,,,,,,,,,甲174第10章数字电视系统10.1数字电视广播系统…17910.2卫星广播系统182第五部分天线与射频技术第11章天线187111天线方向图18711.2均匀直线阵的波束扫描…11111187113均匀圆形阵的波束扫描189114非均匀直线阵的波达方向估计19211.1 Capon法194114.2 Music法195第12章射频…19612.1波导19612.2传输线19812.3滤波器205参考文献207
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