现代控制理论 绪方胜彦
这是一本非常经典的控制方面的书，值得控制专业的人看看。3.2闭环系绕的方块图(58)333开环传递函数和前向传熄函数59)3,3,4闭环传递函数…""r5935扰动作用下的闭环系统……(59)336画方块图的步骤……………………………………………………………(60)3.3.7方块图的简化……………61)34.状态空间棋型………633.4.1现代控制理论P曾中■■■曾晋■冒■t曾4冒留634.2现代控制理论与传统控制理论的比较…………·■會t■曾■1曾■曾··曾?(6334.3状态"■量■■…………………(63)3.4.4状态变量加■鲁■p■b…(63)3.4.5状态向量…………""…"”TT………………(64)34.6状态空间∵……………………………………"…r………………………(64)34.7状态空间方程…………………………………………………………(64)34.8传递函数与状态空间方程之间的关系……""………{67)34.9传递矩阵………………………………………(69)35动态系统的状态空间表达式………〔69)3.5.1线性徽分方程作用函数中不包含导数项的n阶系统的状态空间表达式693.5,2线性徽分方程作用两数中包含导数项的n阶桑统的状态空阔表达式………………(71)3.6机减系统…幽幽■■……………………………(73)36.1质量…………………………………(74)36.2力中k■bd·tb■■。■hd昌h日b日■…(75)36.3说明………………………………………………………(75)3.64忧械系统(75)3.7电气系统(79)3.7.1LRG电路……………………(80)3.72复阻抗1『甲■■(803.73状态空闯表示…(81)3.74串联元件的传递函数…"…"……………"…"(823.75无负载效应串联元件的传递函数■4■p■p电动■■p●申自■电伽d■……………(83)3.8液位系统………………………(84)3.8.1液位系统的液阻和液容…,…,……,(8438.2液位系统B··d看+!F4日卓中中··■甲宁·日·早……………………(86)38.3相丘有影响的液位系统即B*自日·日·日■·■●·■■■。■。pdψbψhpdb晶■■■dbh■备■“■■■备(87)3.9热力系统………:(88)3.9.1热阻和热容893.92热力系统………………………………………………”…………(89)3.10非线性数学模型的线性化电t中自自■P■■唱■。■91)3.10.1非线性数学模型的线性近似………………………………………(91)Ⅷ3.10.2液压何服系统的线性化·.··.s:中命··。·咖■■要申中中血血··血唱自咖92)例题和解答………………………………………………(95)习题………………………………………………………………………(117)第4章瞬态响应分析4.1引言…■■·鲁■·■■……………………(124)4.1.]典型试验信号.(124)4.【.2瞬态响庇和稳态响应(1244.13绝对稳定性、相对稳定性和稳态误差h■卜■■嚼P自↓h■■4■q『■申曾q鲁『吾P1【會鲁P中·PP曾早目·日·擊中124)本章要点(125)4.2一阶系统(125)4.2.1阶系统的单位阶跃响应·吾B备日吾号目备B■日吾日中吾日『目·即■电中會■·日电中中P■·中目p目■■(125)4.2,2一阶系统的单位斜坡啊应…■■■命■■■b■自命■■■……………………(l27)4.23一阶系统的单位脉冲响应“(128)4.24线性定常系统的重要特性……………………………………………(128)4.3二阶系统画■■■mpq甲b■4.3.1直流伺服马达…………………………(」31)4.3.2同服系统■■■↓■■■L■昌L■↓L■↓L■↓■■↓晶↓■郾↓■↓昌■唱■■↓■■看…(131)4,3,3负载对伺服马达动特性的影响■"44L.··°·4··p.4日·■(134)4.3.4二阶系统的阶跃响应……(134)4,3,5瞬态响应指标的定义(1374.3.6关于瞬态响应指标蚋几点说明……4(139)4.3.7阶系统及其瞬态响应指标:hdh==如如d吾■■亠如139)4.3.8带速度反愤的何服系统…↓亠↓L↓■↓■■LL■甲喜自■卩■司甲4●db■4,3,9二阶系统的酥冲响应4.4用 MATLAB进行瞬态响应分析…………………………………………(1474.1引言…………………………………………………………………(147)44.2线性系统的 MATLAB表示■即■…………………(147)4.4.3传递函数系统单位阶跃响应的求法…………(148)4.4.4在图形屏幕上书写文本…………………………咖■●■·■■●■■■■bdp■■■如k晶■晶司■■■冒h152)4.4.5脉冲响应■幽■·●■■口血■甲■甲……·(15244.6求脉冲响应然另一种方法■b山…………(155)4.4.7斜坡酝效■昌L■■■■■■■■■L■■■■冒?上……(157)4.4在状态空间中定义的系统的单位斜玻响应………………………………………(158)4.49对初始条件的响应(传递函数方法)■■■■■■■山■晶■b■晋b山4.4.10对初始条件的响应(状态空间方法情况1)…………(162)4.4.1l对初始条件的响应(状态空间方法,情况2)…………………………(16345用 MATLAB解题举例_警冒晋日P冒中吾冒q晋個…(165)4.5.1机械振动系统(165)4,5,2计算机仿真(连续时同方法}…t………………………………(168)M4.53计算机仿真《离散时间方法)·…例题和解答(73}习题………(192}第5章控制系统的甚本控制作用和南应L■………………(196)5.1引言(196)5.2基本控制作用p司■(196)52.11业控制器的分类“…+4L昌■■4b亠』L■↓“■■L■L■■■品昌↓■k↓昌■↓■昌522自动控制器,执行机构和传感器(测量元件)………■·■■■自自·血■(197)523自操作控制器……………195.2.4衩态或继电器型控跏作用(198)5.2,5比例控制作用……………………………(199)5.26只分控制作用……………(2005.27比例积分控制作用5,28比例徵分控制作用品日4日吾4品日4………(201)529比例-加积分加微分控制作用……………………!…,"!(2015.21传越器(测量元件〕紂系统性能的影啊……………………(202)53积分和微分控制作用对系统性能的影响…………(203)5.3.1积分控制作用(2035.3.2液位控制系统的积分控制(204)53,3对转矩扰动的响应(比钢控制)……n534利用MAAB求响应………………………………(2陌)535对转矩扰动的响应(比侧加积分控制)…………………………*(207)5.36分控制作用2095.37带惯性负裁系统的比例控制………………0095.38具有惯性负载系统的比例--徽分控制■■↓■晋h■■↓■昏b■h■■+■晋■■晋■昏·画;b(209)539二阶系统的比例加微分控制………………………………………………………(210)5.4高阶系统(211)4.1套阶系统的瞬态响应分析………………………………………………………(2ll54.2闭坏主导极点■中▲■■■↓·;■↓■k昌■■·■』■■■■q昌昌■■即■↓■口是即自↓■……………………(213)54.3复平面内的稳定性分析…(213)55劳斯稳定判据……_p·…………………(215)5.5.1劳斯稳定判据简介…(215)5.5.2特殊慒祝………………………s…………………………(217)5.5.3相对稳定性分析…………(219)5.5.4劳斯稳定判据在控制系统分析中的应用……219)56气动控制器…即即上命聊(225.6.1气动系统和液压系统之间的比较(2205,6、2气动乐统·+4·(21}5,6,3压力系统的气阻和气容……………………s……(22l1)64压归系统(222)5.6.5气劲喷嘴-挡板放大器Lb可·+Lqb命(223)566气矿接续骺………(224)56.7气动比例控制器(力-距离型(225)568气动比例控制器(力平衡型)………甲中幽自司b电血■即…………(228)569气动执行……會■『冒冒口■斷『T■■P■骨■冒會TtP■…………………(229)5.6.10获得徽分控制作用时基本原理………………………………(230)56.11获得气动比例抓积分挽制作用的方法(232)56.12获得气动比倒如积分如微分控制作用的方法上■雪會曾·『中平曾會會會(234)5、7液压控制器(2355.7.1液压系统……(235)5.7.2液压系统的优缺点……………”…(235)5,73说明……-………………………(25)5.74液压积分控制番…(235)575液压比例控制器……………(237)5.76级冲器■L■■■I(238)57.7获得液压比倒加积分控制作用的方法………………(2405.78获得液压比例加黴分控制作用的方法(24158电子控制器(242)5.8.1运算放大器吩■ P Pk J即pbmm……(242)5.8.2反相放大器……………+……………………(243)58,3非反相放大器…………………………………(243)5.8.4求传递函嫩的阻抗法……2465.8.5利用运算放大器构成的超前或滞后网络………■鼻■■■昏昌■■■L■晷■(246)5.86采用运算放大器的PD挽制器……h口口■b口■■…(24859正弦响应中的相位超前和相位滞后……………(2495.10单位反馈控制系统中的稳态误差……(253)5.10.1控制系统的分类………………………………………………………(2535.10.2稳态误差……………………………(253)513静态位置误差常数K…254)5.104静态速度误差常数E……………………(255)5.10.5静态加速度误差常数K……………………(256)5,10,5小结…………(257)5.10.7开环控制系统与闭环控制系统中稳态误差的比较………………………(258)例题和解答(259)习题(285)第6章根轨迹分析294)6.Ⅰ引言中4L昌qb中↓昌↓↓d■↓■昌■■「昌品■■冒(294)6.1.]根教迹法294)6.1.2章要点■■冒冒↓矗■■■晋P■1P■·甲■↓昏冒甲甲11晋曾甲【■■·■■■『平甲口暑甲■冒(295)62根轨迹图■t血●…(295)6.2.1辐角和幅值系统q昌qp中▲L晶mdb4L(295}6,2.2示例………………………………297)6.3根轨迹作图的一般规则■·■■冒血■上■■"■口■1■『曾曾··P平俨中(305)6.3,1作根轨迹图的一般规死·…(306)6.32关于根轨迹图的说明30963,36(g)的极点与Hs)的等点的抵消-……(3106.3,4典型的极零点分布及其相应的根轨迹…■■■↓■■■■L■(311)6.3.5小结……(31264用 MATLAB作根凯迹图………(32)6.5特殊情况··b44如吾b4+吾=如6.5.1变量参数不以乘法因子形式出现时的作根护迹的方法(3226.5.2正反馈系统的板轨迹(326)6.6控制系统的根轨迹分析…30)66.】根轨迹与定常增益轨迹的亚交性……………………(306.6.2条件稳定系统晶■↓↓晶■■噌晷郾↓■■司鲁■即■■即330)663非最小相位系统…(332)具有传递延迟的系统的根轨迹∴……(332)68根轨迹族曲线……即司●中自q中■血↓自咖d·口司D即自■……(336)例题和解答…■q聊d■●■wφh哂看■■■■甲ψ画讠■晋■■■h■晶h■↓■冒h(340)题………-……4(370)第7章控制系统设计的根轨迹法…………………………………………(375)7.l引TP『4中自曾中l“■■■中■■…………:…41(375)7.1.1性能指标………(375)7.2系统的校正■凸■■■■■看■■曾■番↓■警b■h■冒鲁语■■昏鲁十画■P■375)7,1,3串联校正和反馈或并联)校正……………4(375)7.1.4校正装置………………………………………………"……(3767.15设计步骤……·(3777.16本章要点…………………………………………………(377)了2初步设计研究…如吾b4.+4备·"日b4日………………(37772.1控制系统设计的根轨迹法………………·(37872.2增加概点的影响…日日即·中(378)7.2.3增加零点的影响……………………………………"…………(378)7,3超前校正………………………………………………………(379)7.3.1超前网络(3797,32基于根靴迹法的超前校正技术…P自中■■■中(3807.3.3说明………■■↓b福h■■h■昏↓■4h■■4■冒PP■(3857.3.4校正与未校正系统阶联响应的比较……………(3857,4滞后校止………………………(387}74.1●采用运算放大器的电子滞后饺正装置…………,……………(387)74.2应用根轨迹法进行滞后校止……↓■ IJd·d●◆■q·甲·甲■晶■吾■■『·(387)7.4.3用根轨迹法进行带后校正设计的龙骤·即4·bdb■■■+日P中中自·b■……………(38875滞后超前校正……………T冒『·冒4(3957.5.1利用运算放大器构成的电子滞后-超前校正装置7.52基于根轨迹法的淠后超前校下方云……………………………(396例题和解答(405)习题…(433)第8章频率响应分析…看■■■■…(438)8.1小言女_备吾“···*".·""""··P+“8.1.1系统对正弦输入信号的稳态输出备如A如4吾日.甲甲.·昌………∴…(438)81.2用图形表示频率响应性■d■■↓■……,(439)8.13本章要点…………………(439)8.2伯德图甲山日古B4+日··日·日·自咱D中‘■日十F(40)8.2.1伯德图或对数坐标图↓■}■画▲■■晶■■■『P■『"4··▲■备■■4■昏(443)822G(})H(c)的基本因子……………………41(4408.2.3增益K……"………………………(440)积分和徽分因子(〕441)82.5一阶因子(1+7)…一↓■■↓■■∵……(442826二阶因子[L+2(/mn)+/ex)2]+1………………………*………827谐振频率u和谐振峰值Mb■b■督■■冒P冒q甲…·(448)82.8绘制伯德图的一般步骤士晋晋晋!p……………·(449)82.9最小相位泵统和非最小相位系统rp*4+·〓如山血■日■P自噜中·■■·日■唱···(451)8.2.10传递延迟………〔452)8.2.11系统类型与对数幅值曲线之间的关系…(4548,2,12静态位骱误兼常数的确定-……,,……(454)82.13静态速度误差常数的确定…………………4(455)8.2.14静态加速度误差常数的确定……………………………………(456)83用 MATLAR作伯德图……↓4晶昌■■备■司晷阜……,……(457)8.3.1在一定的類率点上增益变成无穷大时对伯德的影响…(464)8.3,2求状态空闸中的系统的伯德图…………"………¨……………(466)84极坐标图v·自司·■■·■■·■日■唱唱申申卓鲁日tb■……(468)8,4.1积分和微分因子(如)3…(468)842…阶因子(1+户T)↓pmu·卓■→·日·q4如■十■吾■■■■唱P…,(46943阶因子[1+26(/an)+(/mn)2]平(470)844传递延迟472)8.45极坐标图的一般形决(474)85用MAB作奈魁斯特图………:…(476)8.5,1注底…479)8.5.2定义在状杰空间的系统的奈魁斯特图画法……………………………(481)8.6对数幅-相图■P·昏P昏P曾■P■晋■■『q■晋■■■晋■昌晶■d……………………s(484)8.7奈魁斯特稳定判据會中号甲看P■(486)8.7.1预备知识………………………(487)87.2映射定理…甲P甲申……(490)8.73映射定理在闭环系统稳定性分析中的应用……,…:4(490)8.74奈魁斯特稳定判据早P日音卡吾日14‘44b4b自(491)875关于奈魁斯特稳定判据的几点说明(492)8.76G(s)H(s)含有位于轴上射极点和(或〕零点的殊情祝……………………………(493)88稳定性分析…『■『餐……………1(4958.8.1条件定系统■■晶■口■■■……(499)8.8.2多凹路系统↑·4中可中中!广曾?冒曾■『■?『■十D■自■血日自咖司即●p●中甲电甲m看·口电(499s.8.3应用于逆极坐标图上的奈魁斯特稳定判据(501)884利用改变的奈魁斯特轨迹分析相对稳定性■_會『會會■■■■會■■個■會■(504)8.9相对稳定性…:·+··=·+“+·4+“+日·中曾十◆·■日『『■■■…………………(506)891遁过保角变换进行相对稳定性分析………(5068.92相位裕量和增益裕量(588.93关于相位裕量和增益裕量的几点说明…………………………………………(51089.4谐振峰值幗值M和谐振蜂值版率n…512)895杯崔二阶系统中阶联瞬态啊应与频率啊应之间的关系5138.96一般系统中的阶跃瞬态响与频率响应之间的关系…………(515)897截止频率和带宽…………………………………………………………(516898剪切率…………………,……(517)8.10闭环频率响应……………………………(518)810.1单位反馈系统的闭坏频率响应4『F:-T自+卡…(518)8.10.2等幅值轨迹(M遴)………(519)8.103等相角轨迹(N)………………,……∵,……………(520)g.104尼枓尔斯图……………s522)810.5非单位反馈系统的闭不频率响应最↓bL(525)8.10.6增益的整…(525)8.11传递函数的实验确定法…………………………………-…………(5288.11.1正弦信号产生器528)8112由伯德图求最小相位传递函教……………(529)3113非最小相位传递函数……………………………*……………(530)8.114关于实验确定传递区数的儿点说明例题和解答■血■■b■盘血■口■■自■■■■■■■■■_■■口■■盘血■鲁■1●和中血D命申…………(533习题(56第章控制系统设计的频率垧应法(571)引肓咖●?控制系统设计的频率响应法…………………(5719.1.2从开不頻率响应可以获得的信息…唱卓幽■“●■◆■■如····Paqq↓·甲571)9.1.3对严环频率响应的要求………44572)91.4超前滞后和滞后超前校正的基本特性…………∵(53)915本幸要点…573)92超前校正……………………………………"………………(573)92!超前校正装置的特性…………(573)922基于频率响应法的超前校正………………………(574)9.3滞后校币…■山d■…………581)9.3,1滞后校正装量的特性w■!冒■■昏『■晋■冒+『晶………"……(581)93,2幕于频卒响应法的滞后校正…………………………………(582)9.3.3关于滞居校正的一些说明588)9.4滞后-超前校正…………(589)94.1溢后-超前校正装置的特性·■曾曾4·冒骨T中·「冒曾雪『『會自口t曾會4會■■『中曾平·目自曾會日·日幽(589)9.4.2基于频率响应法的滞后超前校正……………·(5919.5结论5959.5.1超前、滞后和滞后超前校正的比较(595)95.2图形对比……………………………………………(595)9.53反馈校正………(5969.5.4不希望极点的抵消……………"(596)9.5.5不希望的共轭复数极点的抵消……(597)56结束语…鲁自日·b中日即………………………………………(598)例题和解答■唱↓昌郾昌■■昌昌■↓■■■〖』』晶■晷晶L■↓口■■↓■■■■即中↓(598)习题622)第10章PID控制与鲁控制………(625)10.!引言………(62510,2PI控制器的调节律………………………………………………(625)10.2.1控制对象的PD控制…………(625)10.2.2用来调整P控制器的齐格勒尼柯尔斯法则(62610.3.3第一种方法…………………………………………………(626)10.24第二种方珐……(628)102.5说明……"…10.3PI控制方案的变形(634)10.3.1PID控制63510.3.2IP担齣…………………(63610.3.3从IPD控制方案推广到带状态反馈的积分控制方案367)10.3.4二由度PD托制↓4吾··B日k日(6380.4二自由度痉制………,………(638)
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基于PLC和组态王的温度控制系统设计完整毕业论文
基于PLC和组态王的温度控制系统设计完整毕业论文日录第一章前言…1.1项日背景、意义1.2温控系统的现状1.3项目研究内容…第二章PLC和HM工基础……..2.1可编程控制器其础2.1.1可编程訇器的产生和应用………2.1.2可编程制器的组成和工作原理……2.1.3可编程控制器的分类及特点.2人机界面基础..2.2.1人机界面的定义……2.2.2人机界面产品的组成及工作原理889922.3人机界面产品的特点…第三章PLC控制系统硬件设计中审…103.1PLC控制系統设计的基本原则和步骤3.1.1PLC控制系统设计的基本原则103.1.2PLC控制系统设计的一般步骤.…111-111111132PLC的选型与砭件配置….…133.2.1PC型号的选择3.2.2S7-200CPU的近择143.2.3EM231模拟量输入模坎…1432.4热电式传感器1633I/O点分及电气连接图173.4PC控制器的设计173.4.1控制系统数学模型的建立……173.4.2PID控制及参数整定…19第四章PLC控制系统软件设计…4.1PLC程序设计方法·=·“““:·····““·:··“:4*·:::·ss·s····4.2编程钦件STEP7-- MICRO/WIN模述4.2.1STEP7- Micro/W|N简单介绍234.2.2梯形图语言特点,4.2.3STEP7- Micra/WN参数设置(通讯设置)54.3程序设计274.3.1设计思路274.3.2控制程斥流程图..……274.3.3梯形图程序.284.34PID指令向导的运用4.3.5语句表(STL)程序35第五章基于组态王的HMI设计…5.1人机界面(HMI)设计375.1.1监控主界面量++·++++分什分++f++b世+,."+++子量++-晋++++出±“++++““++世“+++++++牙++土++量世““++世世385.1.2实时趋势由线…395.1.3历史趋势曲线!1:1t!405.1.4报警窗一5.1.5设定画面5.2变量以置425.3动画连接…第六章系统运行结果及分析……466.1系统运行….466.2运行结果分析…476.2.1温度趋势曲线分析……47622报警信息分析…49第七章总结香音看量音重量重量套音音音音音量量音音音音盘量晋牙量雷看宙曲连自尝普套套50参考文献…5致谢·…如一哪物物自回.错误!木定义书签第一章前言1.1项目背景、意义温度控制在电子、冶金、机械等工业领域应用非常广泛。由于其具有工况复杂、参效多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求极高。目前,仍有相当部分工业企业在用窑、炉等烘千生产线,存在着控制精度不高、炉内温度均匀性差等问题,达不到工艺要求,造成装备运行成木费用高,产出品品质低下,严重影响企业经济效益,急需技术改造近年来,国内外对温度控制器的研究进行了广泛、深入的研究,特别是随着计算机技术的发展,温度控制器的研究取得了巨大的发展,形成了一批商品化的温度调节器,如:职能化PID、模糊控制、臼适应控制等,其性能、控制效果好,可广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造服务。在工业自动化领域内,PLC(可编程控制器)以其可靠性高、抗干扰能力强编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中,目前的工业控制中,常常选用PLC作为现场的控制设备,用于薮据采集与处理、逻辑判断、输出控制;而上位机则是利用HI软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示,实现监控、管理、分忻和存储等功能。这种监控系统充分利用了PLC和计算机各自的特点,得到了广泛的应用。在这种方式的基础上设计了一套温度控制系统。以基于PC的下位机和完成IMI功能的上位杌相结合,构建成分布式控制系统,实现了浧度自动控制。PLC不仅具有传统继电器控制系统的控制功能,而且能扩展输入输岀模块,特别是可以扩展一些智能控制模块,构成不同的控制系统,将模拟量输λ输岀控制和现代控制方法融为一体,实现智能控制、闭环控制、多控訇功能一体的综合控制。现代PC以集成度皛、功能强、抗干扰能力强、组态灵活、⊥作稳定受到普遍欢迎,在传统工业的现代化改造中发挥越来越重妟的作用,尤其逅合温度控制的要求此外,随着Tν自动化水平的迅速提高,用户对控制系统的过程监控要求越来越高,人机界面(HMⅠ的出现正好满足了用户这一求ε人机界面可以对控制系统进行全面睑控,包括参薮监测、信息处理、在线优化、报警提示、数据记录等功能,从而使控制系统变得简单易懂、搀作人性化,深受广大用户的喜欢。人机界面(HMI)在自动控制领域的作用日益显著。HM正在成为引导工业生产制造走向成功的重要因素,因为这些系统越来越多的用于监控生产过程,让过程变得更加准确、简洁和快速。HMI其实广义的解释就是“使用者与机器间沟通、传达及接收信息的一个接口”。举个例子来说,在一座工厂里头,我们要搜集工厂各个区域的温度、湿度以及工厂中机器的状态等等的信息透过一台主控器监视并记录这些参数,并在一些意外状况发生的时候能够加以处理。这便是一个很典型的 SCADA/HMI的运用,一般而言,HI系统必须有几项基本的能力:实吋的资料趋势显示——把撷取的资料立即显示在屏幕上。白动记录资料——自动将资料储存至数据库中,以便日后査看历史资料趋势显示—把数据库中的资料作可视化的旱现报表的产生与打印——能把资料转换成报表的格式,并能够打印出来。图形接口控制操作者能够透过图形接口直接控制机台等装置。警报的产生与记录—使用者可以定义一些警报产生的条件。比方说温度过度或压力超过临界值,在这样的条件下系统公产生警报,通知作业员处理。1.2温控系统的现状自70年代以来,由于工业过程控制的需要,特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发晨的推动下,国内外温度控制系统发展迅速,并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果,在这方面,以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先,都生产山了“批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表,并在各行各业广泛应用凹。它们主要具有如下特点:1)适应于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。2)能适应于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。3)能适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统的控制。4这些温度控制系统普遍采用自遹应控制、自校正控制、模糊控制、人工职能等理论及计算机技术,运用先进的算法,适应的范围广泛。5)温度控制器旾遍具有参数自整定功能。借助计算杌软件技八,温控器具有对控制参数及特性进行自动整定的功能。有的还具有自学习功能,它能够根据历史经验炇控制对象的变化情况,自动调整相关控制参数,以保证控制效果的最优化。6)温度控系统既冇控制精度高、抗干扰能υ强、鲁棒性好的特点。目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能话、小型化等方面快速发展l温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从国内生产的温度控制器来讲,总体发展水平仍然不高,同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。目前,我国在这方面总体水平处于20世纪80年代中后期水平,成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主,它只能适应一般温度系统控制,难于控制滞后、复杂,时变温度系统控制。而适应于较髙控制场合的智能化、自适应控制仪表,国内技术还不十分成熟。形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面,国外已有较多的成熟产品,但由丁国外技术保密及我国开发工作的滞后,还没开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。这些差距,是我们必须努力克服的。随着我国加入WTO,我国政府及企业对此非常重视,对相关企业资源进行了重组,相继建立了一些国家、企业的研发中心,并通过合资、技术合作等方式,组建了一批合资、合作及独资企业,使我国温度仪表等工业得到迅速的发展。随着科学技术的不断发展,人们对温度控制系统的要求愈来愈高,因此,高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国內外必然发展趋势1.3项目研究内容可编程控制器(PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。其性能优越,已被广泛应用于工业控制的各亼领域,并已成为工业自动化的三大支柱(PLC、工业机器人, CAD/CAM之。PLC的应用己成为·个世界潮流,在不久的将米PC技术在我国将得到更全面的推和应用。本论文研究的是PLC技术在温度监控系统上的应用。从整体上分析和研究了控制系统的硬件配置、电路图的设训、程序设讣,控淛对黎效芓模型的建立、控制算法的选择和参数的整定,人机界面的设计等。本论文通过德国西门子公司的S7-200系列PC控制器,温度传感器将检测到的实际炉温转化为电压信号,经过模拟量输入模块转换成数字星信号并送到PLC中进行PI调节,PID控制器输出量转化成占空比,通过同态缢电器控制炉子加热的通断来实现对炉子温度的控制。同时利用平控公司的组态软件“组态王”设计一个人机界面(HMⅠ),通过串行口与可编程控制器通信,对控訇系统进行全面监控,从而使用户操作更方便。总体上包括的技术路线:硬件设计,软件编程,参数整定等。全论文分七章,各章的主要内容说明如下。第一章,对温度控制系统应用的背景及国内外的发展状况进行了阐述,指出了本文的研究意义所在。第二章,简单概述了PLC和人杌界面的基本概念以及结构功能等基础内容。第三章,主要从系统没计结构和硬件设计角度,介绍该项目的PLC控制系统设计步骤、PLC的硬件配置、妒部电路设计以及PLC控制器的设计和参数的整第四章,在硬件设计的基础上,详细介绍了本项目软件设计,主要包括软件设计的基本步骤、方法,编程软件STE7- Micro/WIN的介绍以及本项目稈序设第五章.详细介绍了如何在亚控公司的组态软件“组态王”的基础上进行人札界面的设计。第六章,展示了系统运行结果,然后对其分析得出结论。第七章,总结全文第二章PLC和HMI基础可编程逻辑控制器是一种工业控制计算机,简称PLC( Programmable logicController),它使用了可编程序的记忆以存储指令,用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能,并通过数字或模拟的输入和输出,以控制各种机械或生产过程。2.1可编程控制器基础2.1.1可编程控制器的产生和应用20世纪60年代,计算机技术开始应用于⊥业领域,由于价格高、输入电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环堉等原因,未能在工业控制领域获得推广。1968年,美国通用汽车公司(GM)为了适应产工艺不断更新的需要,要求寻找一种比继电器更可靠、功能史齐全、响应速度更快的新型下业控制器,并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件,立即引发了开发热潮。1969年美国数字设备公司(DFC)根据美国通用汽车公司的这种要求,研制成功了世界上第一台可编程控制器,并在通用汽车公司的自动装配线上试用,取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。随着PLC功能的不断完善,性价比的不断提高,PLC的应用面也越来越广。目前,PLC在国内外已经广泛应用于铟铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。PC的应用范围通常可分为厂关逻辑控制、运动控制、过程控制、机楲加工中的欻字控制、机器人控制、通信和联网等52.1.2可编程控制器的组成和工作原理PLC从组成形式上一般分为整体式和模块式两种,但在逻辑结构上基本相同。无论是整体式还是模块式,从硬件结构看,PLC都是由CP、存储器、L/0接口单汇攴扩展接口和扩展部件、外设接口歧外设和电涼等部分组成,各部分之间通过系统总线连接。PLC的基本结构如图2-1所示:存储单元中央处理单元输入接CPU输出接电源图21PLC基本结构图1)CPU(中央处理器)CPU是PLC的核心,由运算器、控制器、寄存器、系统总线,外围芯片、总线接口及有关电路构成。它的功能是接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的备存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等,是PC不可缺少的组成单元。主要功能包括以下几个方面。1)接收从编程器或者计算机输入的程序和薮据,并送入用户程序存储器存储(2)监视电源、FLC内部各个单元电路的工作状态。3〕诊断编程过程中的语法错淏,对用户程序进行编译。(4)在PC进入运行状态后,从用户程序存储器中逐条读取指令,并分析、执行该指令(5)采集由现场输入装置送来的数据,并存入指定的寄存器口6)按稈斥进行处珅,根椐运算结果,更新有关标志位的状态和输岀状态或数据寄存器的内容。(7)根据输岀状态或数据寄存器的有关内容,将结果送到输岀接口。8)响应中断和各种外围设备(如编程器、打印机等)的任务处理谓求。2)1/接口∏LC是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按Ⅰ0点数确定模块规格及数量,I0模块可多可少,但其最大数受CFU所能管理的基本配置能力的限制,即受最大的底板或机架糟数限制。I/O嫫块集成了PC的I/电路,其输入暂存器
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