控制系統設計論文精選(九篇)

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第1篇：控制系統設計論文范文

1國內外成功應用案例研究

1.1國內應用

（1）上海截至2011年底，上海中心城快速路路網里程數穩定在141.0km，基本采用高架形式。至2009年，上海浦西地區快速路88個入口匝道中有70多個實施了匝道控制，除了武寧路實施了匝道調節控制，其他都為匝道開關控制，其中部分入口預留了匯入控制功能。浦東中環8個匝道及A1的11個匝道實施匝道控制，其中17個入口匝道為開關控制，并預留遠期匯入控制功能，1個入口匝道實施自適應匯入控制，1個出口匝道實施可變車道控制。近期，在楊高路上匝道，匯入南浦大橋的入口處，浦東張揚路上匝道與進入楊浦大橋的主線，設置了挑桿信號燈控制。上述匝道控制在關聯道路上布設“固定文字+可變文字”可變信息標志，在匝道入口及高架路段上設置了交通流情報信息板，目前系統運行良好。上海市快速路出入口控制系統開關控制較多，有交通引導信息/交通監控設備，電子警察設備。2005年上海快速路匝道實施控制系統后，交通量和平均車速均有一定程度的提升，特別是在內環高架內圈武夷路入口匝道實施自適應匯入控制后，更是取得了很好的控制效果，充分體現了匯入控制的優越性。試驗區域主線流量提高了1.1%~23.2%；主線平均車速提高了11.1%~84.6%，主線擁堵時間減小了22.8%~76.5%，縮短了主線車輛排隊長度，改善了快速路主線的交通狀態。上海快速路出入口控制系統改善了快速路主線的交通狀態，同時，快速路控制系統的交通信息和誘導設施均衡了交通需求，提高了快速路系統和區域路網的服務水平。（2）北京北京快速路由二、三、四、五環和11條聯絡線組成，長達360km，承擔著全市50%以上的交通流，快速路出入口密集，平均間距僅為318m，是世界上最復雜、控制難度最大的快速路。北京快速路與呼市類似，即為地面快速路，兩側設置地面輔路，快速路出入口加減速車道較短，從輔路匯入分流。針對這一結構和特點，北京市公安交管局自主研發了快速路出入通流特性分析、快速路多節點OD建模技術和給予主輔路占有率映射算法的交通控制策略，以及城市快速路交通控制技術。基于上述技術建成的快速路交通控制系統，利用設置在快速路主要出入口的信號燈，依據對快速路主輔路流量信息的檢測實施占有率控制，智能控制快速路出入口的開啟和關閉。北京的地面快速路+輔路形式使得其匝道控制與上海有很大的不同。出入口控制方式包括入口開關控制、入口匯入控制、出口輔路信號控制，配有交通監控系統。北京快速路出入口控制系統有效提高了北京快速路網的承載能力、交通管控能力和城市抗風險能力，快速路網日均時速提高6.92%。

1.2國外應用

（1）美國美國采用“stop-and-go”（停-走）交通信號，控制進入高速公路主線車輛的頻率。華盛頓大多數的快速路出入口匝道調節允許每次綠燈通過1輛車，最多不超過3輛，調節率大概在4~15s之間，這樣的間隔可以保障進口匝道的匯入交通受到一定的阻滯，減少高速匯入時容易產生的刮擦、碰撞等事故。美國亞特蘭實行固定周期式匝道調節，但是如果排隊檢測器檢測到預設的排隊長度極限值，匝道調節的速度將會被提高，周期縮短，以盡快地減少排隊。在美國快速路控制系統采用需求-容量控制策略較為廣泛。需求-容量控制策略是以交通量為控制參量，通過調節進入快速路的交通量，使得進入快速路的交通量與上游交通量之和不超過匝道下游的通行能力，保證主路下游交通量維持在其通行能力之內，最大限度利用快速路。華盛頓實施匝道調節后，該地區高速公路全范圍內事故發生率降低30％，在Renton的I405高速公路，匝道調節使得平均行程時間減少了3~16min，匝道調節是一種比較有效地緩解交通擁擠的控制手段。（2）歐洲歐洲的高快速路出入口匝道控制一般是車隊放行，每次綠燈信號放行匝道車輛數不確定，但每次最多放行的車輛數有限制，一般不超過9輛，控制策略中的紅燈時長和綠燈時長都是變化的。歐洲的快速路系統大部分采用ALINEA控制算法。ALINEA控制算法屬于線性狀態調節，由Papageorgiou在1991年提出。它通過調整匝道調節率使得其下游主線的占有率盡量維持在理想狀態，是經典控制理論的應用，現在歐洲很多國家在該算法的基礎之上進行了許多不同的改進，在實際應用中也得到了很好的效果。

1.3應用小結

通過國內外的快速路出入口控制系統，可以看到出入口匝道控制是比較常用的控制方法。它通過限制入口匝道匯入主線的車流量，達到減少主線交通擁堵的目的，通過控制出口匯出輔路的交通流，使主線的交通流可以更快地離開主線。快速路匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設置信號燈的方式，調節進出快速路的交通流，使匝道交通流進出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸。為達到此目的，在進行匝道信號控制時應從城市快速路的交通特性、控制策略、配時方法及協調效果幾方面加以考慮。在出入口控制算法方面，對于在美國得到廣泛應用的需求-容量差額控制方法，還存在著一些不足。由于該方法僅僅檢測交通量的值，所以不能夠判斷快速路主線是擁擠還是自由流的狀態，并且算法采用開環控制，不能把控制后的微小變化再反饋給系統進行優化，因此，往往無法達到理想的控制效果。歐洲采用的ALINEA算法研究表明，即使算法中的值在很大范圍內變動，系統也能保持一個良好的性能，說明ALINEA算法的穩健性較好。此外，ALINEA算法的可移植性強，如果外部交通條件變化，只需要調整目標占有率的值，而且控制算法簡單，易于實現。目前它成為實際應用中非常成功的一種單點動態控制方法，在實際中還有許多的應用對該方法進行了改進。

總之，快速路出入口控制方法的效果取決于多種因素，交通特性、道路條件、匝道分布等多種因素都會影響到控制算法的適用性。即使是同樣的控制算法，其控制參數的取值往往也會在很大程度上影響控制的效果。從本質上講，入口匝道控制是對主線交通與入口匝道交通進行調節，方案的可行性與當地道路交通條件緊密相關。呼市快速路系統和國內外其他城市的快速路相比，有自身的特點和情況，主要表現為：（1）以主輔路布置形式為主，部分路段采用高架、地下隧道、半地下路塹形式；（2）快速路網少，承載的交通流量大，主線交通流量、匝道需求將常處于飽和運行狀態；（3）匝道布置間距較小，主輔路之間的合流、分流成為影響主線運行狀況的一個重要因素；（4）周邊路網發達，匝道車輛的可行替代路徑較多。所以應該在總結國內外其他城市快速路出入口控制系統的前提下，結合呼市自身的實際情況，選擇符合需求的快速路出入口的控制系統。

2快速路出入通管理控制系統設計

2.1系統目標

目前呼市快速路正在建設，出入口的現狀道路基礎條件、線形較好，存在著出入口控制系統實施可行性較好的地點。通過綜合考慮各方面因素（科學性及實用性），應用比較成熟的技術，吸取北京上海經驗，可以在呼市快速路出入口實現出入口控制，體現出入口控制的效果、優勢。經過對呼市快速路網的布局和交通控制系統現狀的深入分析，建立呼市快速路出入口控制系統，可實現以下目標：（1）保證主路基本暢通、輔路不至于產生嚴重的交通擁堵；（2）改善出入口匝道車輛的行駛秩序，確保車輛行駛安全；（3）對快速路及其關聯區域進行協調控制，有效使用地面道路的容量；（4）保證大型活動、緊急事件等非常態的快速路骨架路網作用；（5）與其他系統協同，提高對道路交通的誘導能力和綜合調控水平。

2.2系統功能需求

目前呼市二環線以內路網密度較大，但高峰時間交通擁堵嚴重，其中一個重要原因是呼市交通信息管理系統不完善，出行者無法及時查詢或獲取路況信息，導致交通需求分布失衡。因此，呼市快速路出入口管理與控制系統功能主要集中在幾個方面：中心控制、出入口多級調控、出入口信號協調、快速路交通信息采集、快速路信息、系統關聯、快速路信息查詢。呼市快速路出入通管理控制系統可分為三個層次：策略層、管控層、執行層。三個層次相互協調，實現系統信息采集、多級調控、日常管理和系統關聯的功能[3]。

2.3控制管理中心

管理控制中心分為硬件設備和軟件設備兩大部分。其中，硬件部分按功能分為數據庫服務器、管理端設備、以太網傳輸網絡設備和不間斷電源（UPS）等幾個部分；軟件部分分為系統軟件、數據庫軟件、數據處理軟件、管理平臺軟件等[4]。快速路出入口控制中心局域網系統是系統集成和管理協調系統的基礎平臺，是一個分布式計算機平臺，包括基礎平臺服務、分布式計算和對象服務、公共設施、共享領域服務以及應用，可以讓不同的軟件對象跨網絡、跨操作系統進行互操作，滿通信息的與查詢、訪問。

2.4系統控制方法和算法

根據以往研究，快速路控制系統匝道進出口的主要控制方法包括單點信號燈控制、單點開關控制、多匝道協調控制、快速路干線控制、區域控制、路由控制和不同控制方式的協調控制等[3]。目前呼市二環線快速路匝道相距較近，主線為雙向六車道，沿線相交道路高峰時間交通流量大，擁堵嚴重。因此，針對呼市快速路交通瓶頸形成原因，快速路出、入口匝道控制主要采用在入口匝道處及出口匝道相連輔路上設置信號燈的方式，平峰時間采用單點控制，高峰時間采用整體協調控制方法，調節進出快速路的交通流，使匝道交通流進出有度、有序，避免快速路上形成交通瓶頸，并有效利用輔路容量。建議呼市快速路與常規道路信號控制綜合考慮，形成快速路、區域信號控制協調控制系統，提高快速路的抗風險能力和消散阻塞的能力。進一步確保快速路系統的高速、高效、安全和舒適性。根據呼市快速路道路網設計和出入口布置形式，建議呼市快速路出入口控制算法可以結合采用改進型的ALINEA控制算法、需求-容量差額控制算法、占有率控制算法和定時控制算法。針對呼市快速路道路網不同的道路條件、交通狀況，采用不同的快速路出入口控制算法，將幾種控制算法相互結合，針對不同的適用條件和系統實際運行狀況選擇合適的快速路出入口控制算法策略[5]。

2.5出入口信號協調控制

由于快速路出入口的控制有很多的限制條件，對于不同的路段和車流量，出入口控制的效果也會有很大差異。其中對出入口控制影響最大的還是出入口是否有較多的道路空間資源可以儲存出入口控制造成的排隊。對于呼市部分快速路出入口間距較小的路段，將快速路出入口控制和快速路上下游交叉口控制結合起來，實行協調控制。快速路出入口協調控制從區域路網的角度上，將快速路和普通道路進行銜接和整合，制定協調控制的策略和方法，將快速路出入口和上下游交叉口控制作為一個整體控制系統，從整體路網的角度出發，制定統一的協調控制目標。從而更好地提高整個道路系統的運輸效率[6]。

2.6誘導信息系統

用于快速路出入通信息，對交通流進行有效地引導分流。入口控制信息情報板能夠接受匝道控制器的指令，在可變文字顯示部分以不同顏色顯示“匝道開放”、“匝道關閉”、“匯入調節”等匝道控制內容，以及“主線暢通”、“主線擁擠”、“主線堵塞”等交通狀態信息[7]。目前呼市尚缺少交通誘導信息系統，導致交通高峰期間部分路段和區域非常擁擠，而有些道路上車流量很少，道路資源未得到有效利用。

3結語

第2篇：控制系統設計論文范文

PMM8713功能介紹

PMM8713是專用的步進電機的步進脈沖產生芯片,它適用于三相和四相步進電機。如圖1所示PMM8713的引腳,Cu為加脈沖輸入端,它使步進電機正轉,Cp為減脈沖輸入端,它使步進電機反轉,Ck

為脈沖輸入端,當脈沖加入此引腳時,Cu和Cp應接地,正反轉由U/D的電平控制,EA和EB用來選擇勵磁方式的,可以選擇的方式有一相勵磁、二相勵磁和一二相勵磁,ΦC用來選擇三、四相步進電機,Vss為芯片工作地,R為芯片復位端,Φ4～Φ1為四相步進

脈沖輸出端,Φ3～Φ1為三相步進脈沖輸出端,Em為勵磁監視端,Co為輸入脈沖監視端,VDD為芯片的工作電源(+4～+18V).其具體的原理框圖如4-3-4所示:

4.4顯示電路與鍵盤的選擇

顯示電路的用8279芯片來驅動，8279芯片分別接兩排顯示器，每排為4位顯示，分別用來顯示步進電機的實際轉速與給定轉速。

8279與CPU的連接框圖如4-11所示：

8279芯片的具體介紹如下；

1)DB0～DB7：雙向數據總線。在CPU于827數據與命令的傳送。

2)CLK：8279的系統時鐘，100KHZ為最佳選擇。

3)RESET：復位輸入線，高電平有效。當RESET輸入端出現高電平時，8279被初始復位。

4)/CS：片選信號。低電平使能，使能時可將命令寫入8279或讀取8279的數據。

5)A0：用于區分信息的特性。當A0=1時，CPU向8279寫入命令或讀取8279的狀態；當A0為0時，讀寫一數據。

6)/RD：讀取控制線。/RD=0,8279會送數據至外部總線。

7)/WR：寫入控制線。/WR=0,8279會從外部總線捕捉數據。

8)IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。當FIFORAM緩沖器中存有鍵盤上閉合鍵的鍵碼時，IRQ線升高，向CPU請求中斷，當CPU將緩沖器中的輸入鍵數的數據全部讀取時，中斷請求線下降為低電平。

9)L0～SL3：掃描輸出線，用于對鍵盤顯示器掃描。可以是編碼模式（16對1）或譯碼模式（4對1）。

10)～RL7：反饋輸入線，由內部拉高電阻拉成高電平，也可由鍵盤上按鍵拉成低電平。

11)FT、CNTL/STB：控制鍵輸入線，由內部拉高電阻拉成高電平，也可由外部控制按鍵拉成低電平。

12)TB0～3、OUTA0～3：顯示段數據輸出線，可分別作為兩個半字節輸出，也可作為8位段數據輸出口，此時OUTB0為最低位，OUTA3位最高位。

13)消隱輸出線，低電平有效。當顯示器切換時或使用消隱命令時，將顯示消隱。具體芯片理框圖如4-4-1所示：

鍵盤的連接一般有兩種方式，一種是獨立式鍵盤；一種是行列式鍵盤。獨立式鍵盤就是各個鍵相互獨立，每個鍵盤接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態來確定那個鍵按下。這種鍵盤的輸入線較多，結構復雜，一般適用于按鍵較少操作速度較高的場合。而行列式鍵盤是由行和列線交義組成，一般用于按鍵較多的場合。本次設計一共用9個鍵因此采用行列式鍵盤。具體的原理圖如4-4-2所示:

圖4-4-2鍵盤連接圖

顯示電路的選擇

顯示電路選用兩排LED顯示，每排分別為四位。能滿足設計的要求，轉速范圍為0至1000。LED顯示電路有兩種接法，一種為共陰極，一種為共陽極。原理圖如4-14所示:

、

4.5反饋電路的選擇

應選用光電編碼器作為反饋元件，光電編碼器與步進電機是同軸的輸出經過放大送到計算機。并通過顯示器顯示出步進電機的實際轉速。關于光電編碼器的說明如下；

4.5.1光電編碼器原理

光電編碼器，是一種通過光電轉換將位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。這是目前應用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號，其原理示意圖如圖1所示；通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數就能反映當前電動機的轉速。

圖4-5-1光電編碼器的原理圖

根據檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。

本次設計用絕對式編碼器其原理如下：

絕對編碼器是直接輸出數字量的傳感器，它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心磁道，每條道上由透光和不透光的扇形區相間組成，相鄰碼道的扇區數目是雙倍關系，碼盤上的碼道數就是它的二進制數碼的位數，在碼盤的一側是光源，另一側對應每一碼道有一光敏元件；當碼盤處于不同位置時，各光敏元件根據受光照與否轉換出相應的電平信號，形成二進制數。這種編碼器的特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有N位二進制分辨率的編碼器，其碼盤必須有N條碼道。目前國內已有16位的絕對編碼器產品。絕對式編碼器是利用自然二進制或循環二進制（格雷碼）方式進行光電轉換的。絕對式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對編碼器可有若干編碼，根據讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設計可采用二進制碼、循環碼、二進制補碼等。它的特點如下：

1)可以直接讀出角度坐標的絕對值；

2)沒有累積誤差；

3)電源切除后位置信息不會丟失。但是分辨率是由二進制的位數來決定的，也就是說精度取決于位數，目前有10位、14位等多種。

4.6電源電路設計

本次設計用了+5V、+12V電源，采用的是78系列的集成固定三端穩壓管。78系列集成穩壓器輸出穩定，漂移小，精度也比較高。其內部也有完善的保護電路。它有風部過流保護，保證輸出電流部會超出最大允許值；它有內部熱保護電路，如果輸出管的結溫達到允許的最大值，它會知道減小輸出電流；它內部還有工作區限制電路。使穩壓器的工作臺不進入不安全區。因此，它的可靠性高。另外，它只有三條引腳，移位輸入，移位輸出，移位公共端，使用起來很簡單。

1.變壓

電源變壓器將220V的交流電壓變為所需的交流電壓值。因為在整流、濾波和穩壓電路中有一定的壓降，所以要使輸出電壓比所需電壓高2V~3V。

2.整流

整流電路將交流電壓變為脈沖的直流電壓，常用的整流電路有單相半波，全波，橋式和倍壓整流電路。這里采用單相橋式不可控整流電路。

3.濾波

濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的波紋，一般由電抗元件組成。如要負載兩端并聯電容或與負載串聯電感L。以及C和L組合而成的各種復式濾波電路。因為電容濾波電路簡單，負載直流電壓較高，波紋較小，所以我們采用的是電容式濾波。

4.穩壓

穩壓的作用電當電網電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩定。本設計采用三端集成穩壓器，常用的是7800系列和7900系列。前者是三端固定正輸出集成穩壓器，后者是三端固定負輸出極集成穩壓器，整流后的輸出波形與純直流相差甚遠，須經濾波才能作直流電源用。最常用的元件是電容。整流輸出的電壓升高時，輸出的電流一面供給負載應用，一面給濾波電容充電。當整流輸出電壓開始下降時，電容向負載放電以維持輸出電壓，總的輸出電壓波形就平滑得多。

下面以電源+12V為例介紹一下電路的工作原理：

圖4.6+12電源電路圖

220V，50HZ的交流電壓變壓后，輸出+15V左右的交流電壓其頻率仍為50HZ，交流信號經橋式整流電路進行全波整流，然后，經電解電容濾波。最后，經CW7805（三端固定穩壓器）輸出的便是一個平穩的+12V的直流電壓信號。電容C4和C5的作用是濾高頻波和抑制自激振蕩。

4.7抗干擾設計

由于系統中不可避免會從外界引入干擾，影響系統的控制精度，使系統的穩定性變差，故采用了硬件和軟件抗干擾措施。

1.干擾對微機的作用可分為四部分：

①輸入系統：它使模擬信號失真，輸入數據信號出錯。

②輸出系統：使各輸出信號混亂，不能反映微機系統的真實輸出量。從而導致一系列嚴重的后果，同時，還把現場的高電壓設備與主機隔離，防止出現高頻干擾現象。

③微機控制的內核，使三總線上的數據信號混亂，CPU得到錯誤的數據信息，使運算操作數失真。

④電源系統：我們設計所采用的芯片都由直流穩壓電源供電。這些直流穩壓電源都是由220伏轉化而來，有可能產生波動現象。使電源的壓降上升或下降，對主機運行產生干擾。

2.本次設計采用的硬件抗干擾措施有：

①在電路排列方面，模擬電路和數字電路之間集中在一起，器件之間盡量縮短距離減小寄生電容。

②在線路設計中，將所有器件的模擬地線和數字地線都區分開，兩者的地線不要混亂，分別與電源地線相連。

③電源系統的干擾大部分是高次諧波，然后接穩壓器件，以保持電源穩定。

④采用分散獨立功能模塊供電，在每塊系統功能模塊上用集成三端固定穩壓器如7805、7812、7815、7915等穩壓源，而且也減少了公共阻抗的相互耦合，大大提高了供電的可靠性。

3.程序監視系統中的抗干擾（電源部分）

WATCHDOG本身能獨立工作，基本上不依賴于CPU，當電源受干擾而掉電時，WATCHDOG自動產生中斷。使CPU備用電源起作用，對CPU正在執行的數據進行保護。

4.8看門狗電路

工業環境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現，而最終造成系統故障的多數現象為“死機”。究其原因是CPU在執行某條指令時受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發生改變，致使該條指令出錯。這時,CPU執行隨機拼寫的指令，甚至將操作數作為操作碼執行，導致程序“跑飛”或進入“死循環”。為使這種“跑飛”或進入“死循環”的程序自動恢復，重新正常工作，就是看門狗。若程序發生“死機”，則看門狗電路產生復位信號，引導單片機程序重新進入正常運行。

此外，工業現場由于諸多大型用電設備的投入或撤出電網運行，往往造成系統的電源電壓不穩定，當電源電壓降低或掉電時，會造成重要的數據丟失，系統不能正常運行。若設法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機快速的保存重要數據，將會最大限度地減少損失。在掉電方式下單片機內所有運行狀態均被停止，只有片內RAM和SFR中的數據被保存起來。在單片機系統可借助于一定的外部附加電路監測電源電壓，并在電源發生故障時及時通知單片機（本次設計是通過引發INT0中斷來實現的）快速保存重要數據，使電源恢復正常，取消掉電方式，通過復位單片機，使系統重新正常。

4.8.1MAX813L功能簡介

MAX813L是美國MAXIM公司推出的微處理機系統監控集成芯片，該芯片的價格低，減少了器件個數，所構成的電路性能更可靠，MAX813L提供如下四種功能：

1.上電、掉電以及供電電壓下降情況下的復位輸出，復位脈沖寬度典型值為200MS。

2.獨立的看門狗輸出。如果看門狗在1.6S內未被觸發，其輸出將變為低電平。

3.1.25V門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或+5V以外的電源的監控間[6]。

4.低電平有效的手動復位輸入。

4.8.2看門狗電路各引腳功能

1.手動復位輸入端（MR）：當該端輸入低電壓保持140ms以上，MAX813L就輸出復位信號。輸入端的最小輸入脈沖寬要求可以有效的消除開關的抖動。

2.工作電源端（VCC）：接+5V電源。

3.電源接地端（GND）：接0V參考電平。

4.電源故障輸入端（PFI）：當該端輸入電壓低于1.25V時，5號引腳輸出端的信號有高電平變為低電平。

5.電源故障輸出端（PFO）：電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變為低電平。

6.看門狗信號輸入端（WDI）：程序正常運行時，必須在小于1.6s的時間間隔內向該輸入端發送一個脈沖信號，以清除芯片內部的看門狗定時器。若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號，則內部定時器溢出，8號引腳由高電平變為低電平。

7.復位信號輸出端（RST）：上電時，自動產生200ms的復位脈沖：手動復位端輸入低電平時，該端也產生復位脈沖。

8.看門狗信號輸出端（WDO）：正常工作使輸出保持高電平，當WDI端在1.6S接收不到信號時，該端輸出信號由高電平變為低電平。

如圖5-6給出了MAX813L在單片機系統中的應用電路圖。此電路可以實現上電，瞬時掉電以及程序運行實現“死機”時的自動復位和隨時的手動復位；并且可以實時的監視電源故障，以便及時地保存數據[6]。

本電路巧妙的利用了MAX813L的手動復位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機”，WDO端電平由高到低，當/WDO變低超過140ms，將引起MAX813L產生一個200ms的復位脈沖（本次設計中將MAX813L的RET端同時8031、8155的復位端RESET相連，使之同時復位）。同時使看門狗定時器清0和使引腳變成高電平。也可以隨時使用手動復位按鈕使MAX813L產生復位脈沖，由于為了產生復位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效的消除開關抖動。

該電路可以實時的監控電源故障（如掉電、電壓降低）。圖5-6中R1的一端接未經穩定的直流電源。電源正常時，確保R2上的電壓高于1.6V。當電源發生故障，PFI輸入端的電平低于1.25V時，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機中斷，CPU中斷相應服務程序，保護數據，斷開外部用電電路等。

第5章算法的設計：

算法對于步進電機調速系統設計是一個相當重在的環節，因為只有確定了算法之后才能對步進電機的速度進行準確的控制，并時也能達到精確的調速目的。同時算法也是編寫軟件的前提與基礎。控制算法有多種，常用的兩種算法是PID和模糊控制算法。

PID控制與模糊控制是兩種常用的控制方法,但它們還存在一些不足,如一般PID控制容易產生超調、模糊控制的穩態精度不高,在這兩種控制方法基礎上進行改進,可產生多種更好的控制方法。本文采用的復合PID控制算法和帶動態補償的模糊控制算法克服了以上缺陷,取得了較好的實驗效果。

5.1PID控制算法

PID調節的實質就是根據輸入的偏差值,按比例、積分、微分的函數關系,進行運算,將其運算結果用以輸出控制,將基本PID算式離散化可得到位置型PID控制算法,對位置型PID進行變換可得到增量型PID控制算法。對控制精度要求較高的系統一般采用位置型算法,而在以步進電機或多圈電位器做執行器件的系統中,則采用增量型算法。

PID是一種工業控制過程中應用較為廣泛的一種控制算法，它具有原理簡單，易于實現，穩定性好，適用范圍廣，控制參數易于整定等優點。PID控制不需了解被控對象的數學模型,只要根據經驗調整控制器參數,便可獲得滿意的結果。其不足之處是對被控參數的變化比較敏感。但是通過軟件編程方法實現PID控制,可以靈活地調整參數。,盡管近年來出現了很多先進的控制算法，但PID控制仍然以其獨有的特點在工業控制過程中具有相當大的比重，且控制效果相當令人滿意。

連續PID控制器也稱比例－積分－微分控制器，即過程控制是按誤差的比例（P-ProportionAl）、積分（I-IntegrAl）和微分（D-DerivAtive）對系統進行控制，其系統原理框圖如圖5-1所示：

它的控制規律的數學模型如下：

\*MERGEFORMAT\*MERGEFORMAT(5-1)

或寫成傳遞函數形式：

\*MERGEFORMAT(5-2)

式中，e(t)：調節器輸入函數，即給定量與輸出量的偏u(t)：調節器輸出函數。

Kp：比例系數；

T：積分時間常數；

T：微分時間常數。

將式（2-1）展開，調節器輸出函數可分成比例部分、積分部分和微分部分，它們分別是:

⑴比例部分比例部分的數學表達式是\*MERGEFORMAT,p在比例部分中，Kp是比例系數，Kp越大，可以使系統的過渡過程越快，迅速消除靜誤差；但Kp過大，易使系統超調，產生振蕩，導致不穩定。因此，此比例系數應選擇合適，才能達到使系統的過渡過程時間短而穩定的效果。

圖為比例調節器

（5-3）

比例調節器

其中：U控制器的輸出

\*MERGEFORMAT比例系數

E調節器輸入偏差

第3篇：控制系統設計論文范文

主廠房生產控制系統中用到379個數字量輸入點、120個數字量輸出點、38個模擬量輸入點和4個模擬量輸出點。本工程控制系統采用西門子公司系列產品，控制主站采用S7-400系列產品，控制分站采用ET-200M系列產品，控制主機設在主廠房附近電氣樓低壓380V配電室內，主站與上位機之間用以太網聯絡，主站與分站間通過Profibus-DP總線方式通訊。電氣樓低壓380V配電室內設3臺控制柜。1.2.1控制柜配置控制柜編號分別為31KG1、31KG2和31KG3，31KG1控制柜內設1臺控制主站、2臺ET-200M控制分站、交流凈化穩壓電源、直流24V電源、小型斷路器、Dupline網關模塊等；31KG2控制柜內設3臺ET-200M控制分站等；31KG3控制柜內設2臺ET-200M控制分站等；1.2.2S7-400控制主站模塊構架機架型號：6ES74001JA010AA0；電源型號：6ES74070KA020AA0；CPu型號：6ES74145HM060AB0；存儲卡型號：6ES79521AL000AA0；備用電池型號：6ES79710BA00。1.2.3ET-200M控制分站模塊構架控制分站設電源模塊型號：6ES73071EA010AA0，共7塊；接口模塊型號：6ES71531AA030XB0，共7塊；16點數字量輸入模塊型號：6ES73211FH004AA1，共35塊；16點數字量輸出模塊型號：6ES73221HH014AA1，共10塊；8通道16位模擬量輸入模塊型號：6ES73317NF004AB1，共8塊；4通道12位模擬量輸出模塊型號：6ES73325HD014AB1，共2塊；1.2.4通訊方式主廠房生產控制系統通訊系統包含：控制主站CPu與上位機間采用以太網通訊；CPu與ET-200M控制分站之間采用Profibus-DP總線通訊；CPu與Dupline網關模塊之間采用Profibus-DP總線通訊；Dupline網關模塊與Dupline數字量輸入模塊間采用Dupline現場總線方式通訊。

2、Dupline現場總線系統

該工程中用Dupline現場總線系統采集皮帶機保護信號送入選煤廠PLC控制系統，使用Dupline現場總線系統可降低選煤廠建設總投資，據統計，當選煤廠內帶式輸送機累計長度超過270m時，使用Dupline總線系統作為皮帶保護的總投資將小于將保護信號直接送入PLC的總投資。該廠主廠房生產控制系統皮帶機累計長度560m，需用跑偏開關26對、拉繩開關19個、失速開關7個和堵溜槽開關7個。Dupline現場總線系統由四種基本元件組成：網關模塊、輸入模塊、輸出模塊和兩芯電纜。在主廠房控制系統中網關模塊型號為：G38910020，網關模塊負責將Dupline數據轉換成Profibus-DP現場總線協議，反之亦然。網關模塊為PLC和Dupline現場總線網關之間的自動數據傳輸提供了一種標準化方法，每個網關可帶數字量點數為128個，但距離長達幾公里時其所帶數字量點數要適當減少。本廠所用數字量輸入模塊型號為G50101106和G50102206，跑偏開關和失速開關內裝2206數字量輸入模塊，拉繩開關和堵溜槽開關內裝1106數字量輸入模塊，1106模塊和2206模塊的區別在于1106為1通道，2206為2通道，這兩種數字量輸入模塊都可以通過Dupline網絡直接供電，無需再拉電源線。Dupline系統所用總線電纜為：RVVSP2×1.5型屏蔽雙絞線，所有Dupline數字量輸入模塊通過同一條兩芯電纜與Dupline網關模塊相連接，通過編碼工具為每個數字量輸入模塊設置唯一的地址編碼。主廠房生產控制系統中用到G38910020型網關模塊1塊、數字量輸入模塊G50101106型和G50102206型分別為26塊和33塊、測試工具1套、編碼工具1套和配套總線電纜。

3、現場施工過程中的問題

3.1廠家配套電控箱的安裝問題

電控箱包括閥門控制箱、壓濾機電控柜、電子皮帶秤、除鐵器控制箱等，這些電控箱由電氣施工單位安裝還是配套廠家安裝的問題。在技術協議中，廠家不負責設備安裝，只負責現場安裝技術指導；這部分的安裝費及附加耗材無法在電氣圖紙中體現，導致電氣廠家和電氣施工單位都不愿意做這部分工作。解決方法：在技術協議中要求配套廠家配齊成套設備所需電纜，并負責設備現場安裝與調試，另外，機制專業在畫設備安裝圖時應體現設備配套電控柜。

3.2新增選煤廠與原有車間的電氣接口問題

第4篇：控制系統設計論文范文

燃氣發電機組的空燃比控制系統主要由控制器、傳感器、燃氣閥、空氣閥、混合器等部分組成。

1.1傳感器系統過程數據的采集

通過氧傳感器、轉速傳感器、進氣壓力傳感器等傳感器實現。氧傳感器是系統中重要的傳感器之一。在空燃比控制系統中，最常見的反饋參數是排氣中氧的含量，它直接反映出燃氣燃燒之后留下了多少氧氣。因為燃燒室內大部分的氧氣，或者說所有的氧氣均來自于空氣，所以排氣氧含量是空燃比的直接反映。發動機轉速的穩定性對發電機組輸出交流電的頻率穩定性影響較大，而頻率的穩定性又是衡量發電機組輸出電能質量的主要指標之一。轉速傳感器多為磁電式傳感器，安裝在凸輪軸上，由轉速傳感器內的永磁體、線圈和發動機飛輪齒輪共同作用產生一個交流電壓信號，該信號經采樣電阻和放大器處理后，輸入到控制器CPU內。

1.2燃氣閥及空氣閥

燃氣閥及空氣閥是帶步進電機的電動調節閥，也是系統的執行器。控制器利用PWM驅動步進電機，進而調節閥門開度。

1.3空燃比控制器空燃比控制器是空燃比控制的“大腦”。在本系統設計中，空燃比控制器基于DSP處理器設計，由檢測電路、空燃比控制電路和通訊接口電路等部分構成。

2空燃比控制策略

在空燃比控制系統中，系統的控制目標是要使穩態下空燃比的平均值在理想值附近，而且在突加突卸負載造成空燃比偏離理想值時，系統能迅速響應，將空燃比控制在理想值附近。

2.1RBF神經網絡

整定PID控制策略在工業控制中，PID控制器應用廣泛。由于發動機的空燃比受進入氣缸的空氣量轉速、負荷、溫度、氣體燃料噴射器的響應速度和噴度等多種因素的影響，所以采用PID控制，根據反饋實時調整進氣量，使之達到精確控制。人工神經網絡是一種在生物神經網絡的啟示下建立的數據處理模型。其中徑向基函數（RBF）模擬了人腦中局部調整相互覆蓋接受域的神經網絡結構，能以任意精度逼近任意非連續函數，是一種局部逼近網絡，收斂速度快。本設計采用并行控制策略來實現發動機空燃比的控制，前饋控制采用RBF神經網絡控制器，反饋控制則采用PID控制器。前饋控制及時快速響應，實現發動機的逆動態模型；反饋控制則保證系統的穩定性，抑制干擾信號對系統的擾動。

2.2仿真實驗

本文采用MATLAB軟件Simulink工具箱進行燃氣發電機組空燃比控制系統仿真。燃氣發電機組空燃比控制系統采用常規PID控制的仿真，通過對比可以發現：在穩態時，與常規PID相比，并行控制的穩態誤差小，空燃比基本能穩定在理論空燃比附近；在動態時，與常規PID相比，并行控制的超調量小，即使在加入干擾的情況下，超調量δp也可控制在20％以內。

3結語

第5篇：控制系統設計論文范文

本文對溫度、濕度兩個顯著影響溫室作物生長的參數進行深入分析研究，構建的溫濕度模糊控制系統方案如圖2所示。圖2中，T和H分別為模糊控制系統輸出的溫室環境溫度和濕度值;T1、H1分別為根據專家經驗給出的農作物生長最佳的溫度和濕度值;eT1、eH1分別為給定值與溫室環境的實際測量值的偏差;ecT1、ecH1分別為溫濕度偏差隨時間的變化率。

2溫濕度模糊控制器設計

2．1輸入與輸出變量的模糊化

根據溫室大棚的實際狀況，以溫濕度偏差及其偏差變化率為輸入變量，各輸入變量的模糊化信息如表1所示。結合研究對象實際情況，既考慮控制規則的靈活性又兼顧簡單易行。表1中，4個輸入變量模糊集均取為A，A為{NB，NS，ZE，PS，PB};模糊論域均取為B，B為{－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4}。模糊控制器的輸出控制變量為前窗、天窗、后窗、遮陽簾、通風機、加濕器和加熱器。這7個變量均為開關量，只有開和關(0/1)兩種狀態，分別用符號u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7表示這7個變量。

2．2隸屬函數的確定

由于三角形隸屬度函數在輸入值變化時比正態分布或高斯型具有更高的靈活性［6］，因此本研究中溫濕度偏差與偏差變化率均選取三角形隸屬度函數。圖4為各輸入變量的隸屬度函數，選擇的模糊集寬度為4。因為寬度過小會造成部分區間空缺，可能找不到相應的控制規則，收斂性不好;寬度過大會造成控制規則的重疊部分過多，相互間影響加大并且響應速度也變慢［7］。根據隸屬度函數對輸入變量量化為9個等級，其相應的隸屬度賦值如表2所示。

2．3模糊控制規則的制定

模糊控制規則的形成實質上是把操作者的經驗或專家的知識和經驗進行凝練得到的若干條模糊控制規則［8］。經對實際溫室控制系統的研究，發現溫濕度間存在一定的耦合性，即當通過某一執行機構改變溫度(濕度)時濕度(溫度)也會發生變化，因此在制定模糊控制規則時就要滲透解耦的思想。基于此，對7種執行機構的開關狀態做如下考慮:u1、u2和u3每打開一個設備降溫和降濕效果增強一點，但速度較慢;u5開通后其降溫和降濕速度明顯比u1、u2、u3快;u4降溫作用明顯，對濕度基本無影響;u6主要起加濕作用，降溫為次要作用;u7主要為增溫作用，降濕為次要作用。研究中制定了溫度與濕度之間、溫度變化率與濕度變化率之間的兩個模糊控制規則表，在此僅列出溫度與濕度之間的模糊控制規則，如表3所示。表3中，U為u1到u7這7個變量的開關狀態，開用“1”表示，關用“0”表示。

2．4反模糊化

模糊控制器輸出的是模糊語言不同取值的一種組合，由于被控對象只接受一個精確的控制量，因此需要從組合中判決出一個精確的控制量，這也就是反模糊化的過程［9］。常用的判決方法有重心法、最大隸屬度法和中位數法等，本研究采用重心法計算模糊控制輸出的精確控制量。其具體表達式為u＇=∑nj=1ωjμ(ωj)/∑nj=1μ(ωj)(1)其中，n為模糊變量個數，ωj為模糊變量，μ(ωj)是對應模糊變量的隸屬度。本系統反模糊化的具體過程:首先溫濕度誤差或其誤差變化率經量化后得到相應的量化等級，根據量化等級查詢各個執行機構在控制規則表中對應的控制規則并使其激活。然后，由式(1)計算各個執行機構的輸出值，計算結果等于0．5時，執行機構保持原來狀態;計算結果大于0．5時，執行機構開;計算結果小于0．5時，執行機構關。基于這種思想，可建立各執行機構的模糊控制查詢表，放在內存中，編寫相應的PLC程序即可實現模糊控制器對執行機構的實時控制。

3溫濕度模糊控制PLC程序設計

溫濕度模糊控制PLC程序包括輸入量的采樣與模糊化程序、量化等級程序、模糊控制查詢程序、執行機構控制程序和預警程序等［10］，在此僅介紹有關輸入采樣、誤差的計算和模糊控制查詢的部分程序。本研究是在STEP7編程環境下完成的模糊控制程序。

3．1輸入量采樣和ET/EH計算程序

研究中應用的溫濕度傳感器的變送單元分別取0～50℃、0～100%RH，線性對應電流均為4～20mA，因此在編寫PLC程序前需把溫濕度的值與PLC中的數字量關系建立起來。具體過程如下:以溫度為例，用I表示電流值，T表示溫度值，X表示實時溫度轉換為PLC中的數字量值。由于0～50℃與4～20mA對應，4～20mA又與PLC中的數字量為6400～32000對應，因此可得曲線方程如式(2)與式(3)所示。根據式(4)即可計算0～50℃對應PLC內部的數字量值。如22℃對應數字量值為17664。同理，可求得濕度值與PLC中數字量的對應關系如式(5)所示。其中，H表示濕度。下面以溫度為22℃和濕度為70%RH的情況編寫相應的PLC程序，70%RH對應的數字量為24320。

3．2模糊控制查詢程序

由反模糊化得到的模糊控制查詢表實質上是一個9×9的二維數組，存在以VW200開始的81個字單元中。在此把數組的首地址指針設定為VD48，根據(VW20×9+WV18)×2即可計算偏移值，在查詢表中定位并把相應值賦予WV28。

4系統實際運行測試

控制系統投入運行后，任選某一天對控制效果進行實際測試。測試時的起始溫度和濕度分別為32℃和52%RH，控制設定值分別為22℃和70%RH。對溫濕度采樣時間間隔均為5min，根據采集數據繪制的曲線如圖5所示。由圖5可知30min左右時溫濕度值均達到設定值，再經10min左右溫濕值即達到預設的穩定狀態值，達到了較滿意的控制效果。控制系統達到穩態的時間可通過增減有關設備進行調節。

5結束語

第6篇：控制系統設計論文范文

關鍵詞：大型空分；后備系統；工程設計優化

1后備系統低溫管道常規設計概述

隨著國民經濟的快速發展，空分裝置的建設規模越來越大，特別是目前煤化工裝置配套的空分裝置，這些裝置一般都要求空分裝置在事故狀態下其后備系統能連續穩定的提供氣體。所以該類空分裝置后備系統的液體貯槽和后備低溫泵也配備的越來越大，貯存在貯槽中的低溫液體產品通過貯槽下部的送液管經低溫后備泵加壓汽化后送至后續化工裝置，其流程圖見圖1。低溫液體貯槽的送液管道常規設計為不銹鋼管道由貯槽內槽底部穿出內槽，在外槽外壁開孔后水平送出，貯槽外露部分送液管道用焊接有膨脹節的不銹鋼保冷套筒內部充填珠光砂保冷，圖2為液體貯槽常規的外接管道形式（管道未保冷）。通常貯槽供貨商與用戶的設計供貨分工界限為貯槽外送液體管道上的送出截止閥，外露的低溫液體管道通常用泡沫玻璃或聚異氰尿酸脂（PIR）等耐低溫的絕熱材料進行保冷后接至后備低溫泵，圖3為液體貯槽外接管道保冷后與低溫后備泵的常規連接形式，貯槽至低溫泵間閥門的保冷隨管道同時進行。

2大型低溫液體貯槽送液管道常規設計的問題和不足

大型特大型煤化工空分裝置往往設置大型低溫液體貯槽，一般容積都在1000m3以上，2000m3、3000m3已不鮮見，低溫液體貯槽的送液總管的直徑往往都在DN150以上，國內某項目60000等級的空分項目配套的1500m3液氧貯槽的外送液氧總管直徑為DN200，新疆某煤制油項目100000等級的空分項目配套的兩臺2500m3液氮貯槽的外送液氮管也是DN200，并且全部都設置為雙路送出，充分考慮了供液系統的安全性。如此大規格的低溫液體管道若采用常規布置設計和保冷，即出貯槽后的低溫管道到后備泵全部采用泡沫玻璃保冷，由于其密度為180kg/m3，施工后管道附加荷載大，且泡沫玻璃的導熱系數為0.06W.m-1.C-1，為珠光砂的兩倍，其保冷受現場施工質量的影響，并且管道上的閥門及儀表和排液管線接口在保冷施工中如處理不好，其保冷材料對接的縫隙部位往往會成為薄弱環節，在設備實際運行過程中經常會產生跑冷現象(有些用戶現場用PU硬質聚氨酯泡沫發泡保冷，雖然聚氨酯泡沫導熱系數低，通常≤0.027W.m-1.C-1，但由于長期在低溫場合下使用宜冷脆，現場發泡的施工工藝受北方冬季寒冷氣溫的影響較大，并且石油化工設備和管道隔熱技術規范(SH/T3010-2013)明確規定其使用溫度為-65℃-80℃，所以該工況應避免使用。如果工程布置中后備泵距離貯槽較遠，其中間管道的跑冷損失更大，嚴重時會導致后備泵汽蝕，所以用戶往往要求貯槽至后備泵的低溫管道采用真空管道，但真空管道價格高，使用若干年后還會存在真空度下降，導致用戶現場重新保冷。

3大型低溫液體貯槽外部管道的優化設計思路

為了避免上述問題，設計時應將貯槽外的低溫管道與后備泵的保冷整體考慮，工程設計時應將上述管道、閥門等都設計在后備泵的保冷結構內，即低溫貯槽外部需保冷的低溫工藝管道和后備泵整體設計在一個小冷箱內，則上述管道和低溫泵的保冷可整體采用珠光砂，其后備系統冷量損失可減小到最低程度，此設計特別適用于后備低溫泵兼作空分冷箱備用泵的大型煤化工空分裝置。

4后備系統保冷工程設計優化實施案例

我公司在內蒙某煤化工項目工程設計中將后備低溫泵的工藝管道與貯槽送液管道整體設計在一個保冷箱內，管道既整體美觀，冷量損失又小，此外泵后的回液和回氣管道也可利用冷箱內空間布置。此項目液氮、液氧貯槽均為500m3，內筒直徑φ8000mm，外筒直徑φ10300mm，為了預留出泵與貯槽間管道的安裝空間，貯槽基礎凈空設計為2.5米，基礎頂標高3.15米。低溫后備泵的流量為52000m3/h，泵進液管道口徑為DN150，泵后液體回流管道口徑為DN100，回氣管道口徑為DN40。此外，設計時在泵前進液水平管段上設置了DN15的虹吸管線，此管線可利用管道中液體與氣體的密度差將汽化后的氣體虹吸至內槽氣相，使泵前液體處于動態，便于泵體更快地冷卻，除后備泵進液管道是向泵入口上坡外，其余管道水平方向上均有向貯槽上坡的布管設計要求，且泵后回氣管路的坡度最佳為45°。上述幾個管道在貯槽內槽上的開孔部位不同，但其出貯槽的位置均設計在泡沫玻璃磚絕熱層外緣與外槽內壁之間的基礎部位（此空間長度有840mm），管道在此夾層利用自身走向的改變增加柔性，來減小管道的二次應力，可取消貯槽原有設計中管道上的膨脹節。管道需下穿貯槽基礎至后備泵冷箱，管道下穿時需設計在保冷套筒內，此設計方案需土建專業配合基礎開孔設計。貯槽基礎設計時其開孔頂面需預埋鋼板來焊接固定保冷套筒，并起到封閉保冷套筒與基礎之間縫隙的作用，套筒頂面稍高出基礎上的細砂混凝土層，并注意施工時防止細砂混凝土等雜物落入套筒內部，影響套筒保冷效果，保冷套筒設計為腰形,截面尺寸長度為1550mm，圓弧半徑為R550mm，高度為1350mm，保冷套筒考慮安全因素宜全部采用不銹鋼材料，筒底板采用不銹鋼板與上穿工藝管道焊接后將筒體封閉，與貯槽同時充填低密度、低導熱系數的干燥珠光砂，與貯槽外筒構成一個整體保冷結構，套筒下面的工藝管道及后備泵單獨制作保冷箱并充填珠光砂保冷，圖4為該項目中的貯槽基礎開孔方位和尺寸，結構梁的設計應避開開孔位置。需要特別注意的是此設計方案要求管道布置專業與土建專業密切配合，開孔方位及尺寸條件要做到準確無誤，土建施工圖經管道布置專業確認無誤后方可現場施工。

5空分裝置后備系統工程設計的發展方向

第7篇：控制系統設計論文范文

論文關鍵詞：控制，干擾

 

“控制包括三個基本步驟：1）確立標準；2）衡量成效；3）糾正偏差。為了實施控制，均需在事先確立控制標準，然后將輸出的結果與標準進行比較；若現有偏差，則采取必要的糾正措施，使偏差保持在容許的范圍內。【1】”造成這種偏差的主要原因就是干擾，所以，要設計一個優良的控制系統，設計者首先要能夠對實現該控制系統可能受到的干擾因素進行全面而準確的判斷，然后才能想辦法“采取必要的糾正措施”。如何全面而準確的判斷出一個控制系統可能受到的干擾因素就尤為重要。實際上，“什么才是干擾因素”這一問題在通用技術課程教學中老師們還存在著很多疑惑，例如，在一次公開課上，授課教師讓學生把一張紙折疊后，用吸管吹向天花板，課堂上有的學生吹的高，有的學生吹的低。老師在總結時說，“疊紙的形狀、吹力的大小和方向、空氣的阻力等都是影響疊紙吹高要考慮的主要因素，這些就是干擾因素”。這一說法在聽課老師中引起了很大的反響，大家都在議論紛紛。這一說法是對是錯呢？再如教材中出現的：電冰箱、空調等電器在使用過程中的干擾因素有那些；熱水器水溫控制系統中的干擾因素有哪些；干擾因素都是有害的嗎等問題初中物理論文，對于我們這些非本專業的老師來說，解釋起來都具有一定的困難。要從根本上解決這一問題，就得先要來了解什么是“干擾”的問題。

關于什么是控制系統中的干擾因素的問題的界定有多種說法：如：在控制系統中，除輸入量（給定值）以外，引起被控量發生變化的各種因素稱為干擾因素【2】；在實際的控制系統中，常常會有一些變化不定的因素對系統的行為造成不利的影響，這種有害的因素我們稱其為干擾【3】；對于一般的控制系統來說，多余的、不需要的、強制的“輸入”便稱為系統的干擾。另一方面，如果削減系統生存所必需的輸入也是干擾；對系統來說，不僅輸入端有干擾，輸出端同樣有干擾，如制約輸出或強制作過量的輸出等都是干擾，制約輸出，如企業的產品受市場制約而減少了銷量，強制過量輸出如“竭澤而漁”，系統的輸入和輸出的“過與不及”都是干擾；對于復雜控制系統而言，干擾是不可避免的，因為復雜系統由多層次、多品種的諸多子系統構成，各子系統都有其自由度和相對獨立性，各子系統間的輸入和輸出不可能配合得盡善盡美，必有多余和不足的輸入和輸出，這些多余和不足的輸入和輸出就成了系統的干擾；對于社會系統來說，其輸入是自然界給予的一切，人們從自然界獲取空氣、陽光、雨露，及生產生活所需要的一切資源，這是社會系統“輸入”的需要，但自然界會“發威”，各種自然災害是社會系統所不需要的，但生活在地球上的人們不得不接受自然災害的干擾，而社會系統對自然界的“輸出”，一方面是人們對自然界的“改造”，另一方面是廢物的排放，廢氣、廢水、廢渣、垃圾排向自然界，這是自然界所不需要的，但人類強迫自然界接受這些廢物，就是對自然界生態平衡的干擾【4】。

由以上的論述可知，判斷什么是干擾要從兩方面來看，一方面初中物理論文，對于控制系統的整體而言，屬于系統之外的，是多余的、不需要的、強制的“輸入”便稱為系統的干擾；另一方面，對于控制系統的部分而言，如果前一子系統的輸出與下一子系統所需要的輸入不匹配，就會造成下一子系統的輸入的多余和不足，這種多余和不足的輸入和輸出就成了系統的干擾中國期刊全文數據庫。由此可見，疊紙的形狀是物體的結構設計問題，通過改變疊紙的形狀可以減少疊紙飛行時的阻力，吹力的大小和方向是控制的輸入問題，這兩個因素雖然是影響疊紙飛行高度的主要因素，但不屬于我們的干擾的界定范圍。所以不是干擾因素，把系統的設計問題和對系統所產生的干擾混淆的案例還很多，如：。對于電冰箱、空調等電器在使用過程中的干擾因素分析，門的開啟、環境溫度的變化、電壓的變化等都是屬于系統之外的可能引起被控量發生變化的因素，所以這些因素就是這兩個控制系統的干擾因素。一般情況下，對于簡單控制系統較為規范和嚴謹的判斷方法是：先要確定所要設計的控制系統，然后對所設計控制系統本身的各個環節進行具體分析，找出各環節可能受到的干擾因素（屬于系統之外的，是多余的、不需要的、強制的“輸入”），再分析這些干擾可能會對系統的輸出造成什么樣的影響，哪些是必須考慮的，那些是可以忽略的，那些是要綜合考慮的，那些事要獨立考慮的，最后整理出系統設計所要考慮的主要的干擾因素，這樣的分析才會針對性更強，對控制系統如何克服這些干擾的設計幫助更大。以下對熱水器水溫控制系統的干擾因素的分析過程為例進行說明，第一、根據設計目的畫出控制分析方框圖（圖一），分析方框圖并不是最終的控制方框圖，控制方框圖是控制系統設計的結果，控制分析方框圖是控制系統設計的過程，就像設計草圖一樣，是用來進行設計分析用的。

第二，對控制系統的各環節進行分析。在這個控制系統中，可能受到的干擾因素有，在輸入端，電源電壓的波動、由于開關燈元件的原因輸入電壓可能降低；在控制器和執行器部分初中物理論文，隨著使用時間的變化，控制裝置的不穩定、各種元件、加熱裝置的老化等；熱水箱的大小、保溫性能的好壞、熱水箱深淺、水的散熱面大小、水箱裝水的多少等；在輸出部分，周圍空氣的流動、氣溫的高低、用水量的快慢等。以上這些因素都是影響溫度的干擾因素。第三，根據對干擾因素的分析，選擇合適的控制方法來克服這些干擾對輸出的影響（比如最簡單的方法就是采取終端反饋的方式，當然，如果對水加溫的時間有要求的話，這種控制方法就不能完全克服所有的干擾了，如圖二）。

對于“在有些情況下，卻可以[i]利用干擾因素實現某種目的【1】”這一說法也沒有錯，因為這種“干擾”是我們所要設計的控制系統的輸出量，這一輸出的最終目的是想使另一控制系統的目標不能實現，這種“干擾”對于第一個控制系統來說不是干擾而是輸出，對于第二個控制系統來說這是系統需要克服的干擾。通過分析可以看出，就控制系統而言，干擾一定是有害的，它是控制系統要實現控制的最終目標需要考慮和克服的

分析和判斷控制系統可能存在的干擾因素的最終目的，是為了使我們設計的控制系統“在干擾影響控制之前就進行必要的防范和修正，”使得控制系統能夠“對控制對象進行有效控制以減小乃至消除偏差。”【5】所以要準確判斷一個控制系統所存在的干擾因素，還要結合系統所要實現的最終目標進行綜合考量，搞清楚這種干擾產生的原因、可能對控制系統所造成的后果和它將對控制系統的哪個環節產生影響等，這種干擾因素的分析才對我們進行控制系統的設計有所幫助。

參考文獻：

【1】《控制論》（美）維納著；赫季仁譯；北京；北京大學出版社，2007.12

【2】《技術與設計2》主編：顧建軍江蘇教育出版社2008.12

【3】《技術與設計2》主編：劉瓊發廣東科技出版社2007.7

【4】《系統論信息論控制論》馬麗揚河北：河北人民出版社，1987.2

【5】《機械控制入門》雨宮好文（日）著王獻平譯科學出版社2001.4

第8篇：控制系統設計論文范文

【關鍵字】屏蔽門控制系統功能設計技術

中圖分類號：TM921.5文獻標識碼： A 文章編號：

一、地鐵屏蔽門控制系統、基本構成以及運行模式

1、地鐵控制門系統

地鐵屏蔽門系統是一個典型的機電一體化產品,包塊機械和電氣控制部分，其沿站臺邊緣布置，將車站站臺與行車隧道區域隔離開，降低車站空調通風系統的運行能耗。同時減少了列車運行噪音和活塞風對車站的影響，防止人員跌落軌道產生意外事故，為乘客提供了舒適、安全的候車環境，提高了地鐵的服務水平。

2、地鐵屏蔽門控制系統的基本構成

地鐵屏蔽門控制系統的基本組成包括硬件組成和軟件組成。其硬件組成主要包括就地控制盤LCB、中央接口盤PSC、車站緊急控制盤PEC、配電屏、驅動ups、控制ups、蓄電池屏、、屏蔽門狀態報警盤、屏蔽門操作控制開關等。軟件組成主要包括電機控制、門寬參數自學習系統、障礙物檢測系統、防擠壓系統、開門程序控制系統、關門程序控制系統、總線控制系統等。如圖：

3、屏蔽門控制系統運行模式

正常運行模式分為兩種：

(1)在列車配備自動駕駛系統的情況下，來自系統級(列車信號系統)的控制。

(2)在列車無自動駕駛系統的情況下，信號系統發出“列車占位”信號，由授權的操作人員在站臺控制面板(PSL)上控制屏蔽門的操作為站臺級控制的正常運行模式。

3．2非正常運行模式

(1)故障運行模式

在以下故障情況發生時，進入故障運行模式：

a.滑動門關閉時探測到障礙物。

b.列車超過允許停車精度，列車門與滑動門錯位。

c.個別滑動門不能打開。

d.控制系統發生故障。

(2)緊急工作模式

在以下故障情況發生時，進入緊急工作模式：

a.列車在隧道罩發生火災。

b.車站內發生火災。

c.其它以外突況。

(3)測試工作模式

當系統安裝或維修時采用的工作模式。

二、地鐵屏蔽門控制系統功能及其作用

電氣設計中采用控制部分和監視部分分開，其中控制部分采用硬線連接，監視部分采用總線連接。

1、控制功能。在任何運行模式中，接收上級發來的各種命令，上報信息以及對各屏蔽門單元進行自動控制，完成相應的動作。

2、監視功能。具有監視功能的設備包括兩部分：中央接口盤(PSC)和遠方報警盤(PSA)。主要完成站臺每側屏蔽門單元相關信息的集成，主要有以下功能：（1）收集系統測試(PST)、手動解鎖、就地控制(LCB)、車站緊急操作裝置(PEC)、站臺控制PSL的狀態信息；（2）通過現場總線通信收集全部門控單元(DCU)信息；（3）允許對DCU參數進行修改；（4）存儲屏蔽門故障診斷信息以及正常系統運行記錄；（5）收集驅動電源信息。

3、屏蔽門控制系統作用

從屏蔽門控制系統的作用的角度來講，屏蔽門系統的控制分就地級控制、站臺級控制、列車信號系統級控制、火災模式級控制。就地級控制是每個活動門模塊可以獨自機械，電氣操作；站臺級控制，列車信號系統級控制，火災模式級控制都是通過PSC里的繼電器控制活動門模塊的運行，PSC是根據各級控制發出的命令對活動門模塊進行操作、監視，是各級控制的集合體。優先級是就地級，其次是火災模式級，然后是站臺級，最后是列車信號系統級。火災模式級是在車控室操作屏蔽門系統，支鏈打開屏蔽門。

現在有兩種PSC設計方法，一種是把電氣系統(主要是處理硬線命令的繼電器組)和監控通訊系統組合在一個模塊里，成為一個黑盒子。黑盒子的輸出輸入接口有電源，現場總線網絡(監視網絡)，各級控制的命令、狀態的硬線端口，門單元的命令、狀態的硬線端口。可以既控制屏蔽門運行，也監控屏蔽門狀態、故障，并把相關信息存貯起來。一種是電氣系統和監控通訊系統各自獨立，把電源，各級控制的命令、狀態的硬線端口，門單元的命令、狀態的硬線端口集合一起，把現場總線網絡(監視網絡)獨自成一體，與各門單元，PSC里各重要繼電器組有接口，從而全面監控系統，電氣系統和監視網絡收集的若干重要狀態如“開門”狀態，若干重要故障如“系統故障”通過PSC的指示燈面板反映。首先這樣電氣和監控通訊兩個系統不會相互影響，獨立開來以后維修、改造方便。其次減低維修成本，一個部件損壞不必整個PSC更換。

三、制系統的關鍵技術

1、伺服驅動系統

門機是屏蔽門系統的核心設備之一，門控單元(DCU)是門機的重要組成部分，向．門控單元的豐要部分是服伺驅動系統，包括電機和伺服驅動器。從成本來考慮，伺服驅動系統約占門機的l／2，約占屏蔽門系統每單元的1／6。目前，屏蔽門行業國內的生產廠商所采用的是大都是外購通用件，功能齊全，性能很好，相成地價格很高；有的還需要另外配置控制器，使得系統累贅和不可靠。相比之下，國外的屏蔽門廠商就有很大的優勢，因為他們掌握了伺服驅動的核心技術，擁有他們自己的電機和驅動器，他們以最少的硬件投資成本，獲得了最大化的利潤，他們賣的是技術。岡此，如果能夠自己研制伺服驅動系統，節省的成本將相當可觀。

2、監控軟件

運行于中央接口盤(PSC)上的MMS和遠方報警盤(PSA)上的監視軟件系統，它能夠實時臨測系統運行狀態。編程語言的選擇多為VB(Visual Basic)，從軟件的功能實現和系統的大小來說，VB也完全能夠勝任，不過，已經有不少客戶為了追求更好的性能，要求采用VC(Visual C++)。

3、現場總線

DCU的狀態信息是通過通信網絡傳遞到PSC的，對于通信網絡的選擇有多種，常見的有RS485、CAN總線、Profibus以及LonWorks等。由于地鐵站臺的距離一般較長，有的將近200米，為了通信的實時、穩定，現在多采用現場總線。每個DCU單元作為一個從設備(節點)掛在總線上，總線豐設備放在屏蔽門系統設備室，上設備收集到DCU的狀態信息后發到PSC，完成通信。

四、控制系統設計特點

所有控制線路通過硬線連接，保證了控制系統的高可靠性，成本較低. 監控系統采用標準的國際工業網絡數據總線進行鏈接，傳輸大量信息. 采用這種方式保證了系統操作的高可靠性、良好的功能和設備擴展，除門控器需要進口外，其他控制部件和軟件都能由國內的專業公司提供。

總結

地鐵屏蔽門是地鐵環控系統的重要部件，其活動門數量多，運營中平均每2 min 就須開關門一次，其控制系統必須十分安全可靠. 地鐵屏蔽門是一復雜的分布參數控制系統，它集建筑、機械、電子和控制等科學于一體，其信息傳遞速率、同步性、系統可靠性和電磁兼容性等要求十分嚴格. 本文在經過2 年多屏蔽門樣品研制，參照國外屏蔽門工程實例，結合國內研究的基礎上，較深入地研究了屏蔽門的控制原理。.

【參考文獻】

[1] 張杰.地鐵屏蔽門驅動系統的研究與探討[期刊論文]-機電產品開發與創新2009,22(4)

[2] 饒美婉.地鐵屏蔽門直法流系統設計[期刊論文]-都市快軌交通2009,22(4)

[3] 趙成光 廣州地鐵屏蔽門系統與現場總線技術[期刊論文]-工業控制計算機2001(4)

第9篇：控制系統設計論文范文

摘 要

柔性機械臂作為柔性多體系統動力學分析與控制理論研究最直接的應用對象，由于其具有簡明的物理模型以及易于計算機和實物模型試驗實現的特點，已成為發展新1代機器人和航空航天技術的關鍵性課題。

本文主要討論了旋轉運動柔性梁實驗平臺機械系統和控制系統的設計。對于機械部分，組建了實驗平臺總體結構，進行了支架的設計，并將旋轉軸和安裝盤設計成1體。在控制部分，簡略介紹了振動控制系統的硬件構成，詳細介紹了運動控制系統的硬件和軟件設計。在運動控制系統硬件部分，主控機采用PC機，選用交流伺服電機，并用DSP運動控制卡將其與計算機連接。運動控制卡采用PID控制原理、面向控制軸的命令并使柔性梁運行于T曲線模式。在運動控制系統軟件部分采用Microsoft公司的Microsoft Visual C++ 6.0應用程序作為開發工具。并繪制了運動控制程序流程圖，闡明了程序的原理。最后通過機械和控制系統集成，實現運動控制信號和振動控制信號的共享，完成柔性梁的精確定位和振動控制。

關鍵詞：柔性多體動力學；柔性梁;運動控制;PID控制; DSP

The motion control system design of experiment platform

for the rotating flexible beam

Abstract：Flexible manipulator has been the most direct application for flexible multi-body system dynamics analysis and control theory.Because of it had simple physical model and easy to computer models and physical tests to achieve the characteristics, it has become a key subject of the development of the next generation robot, and aviation and aerospace technology.

This paper discusses the machinery and the control system design of the flexible beam experiment platform. In mechanical parts, formed a platform structure.The stent designed, rotation axis and installation disk designed into one. In Control part, briefly introduces the vibration control system hardware, introduces the movement of the control system hardware and software design carefully . In hardware part of the control system, using PC 、AC servo motor and DSP Motion Control Card to connect the two. Using PID control principles, the axis-oriented control orders enable flexible beam running on the T-curve model. In part of system software using Microsoft software companies Microsoft Visual C + + 6.0 application as development tool. And then painted the main computer control procedures frame, clarifying the principles of the program. At last, through machinery and control systems integration, the signal of motion control and vibration control shared each other. And then the flexible beam got precision position and vibration controlled in time.

Keywords: Flexible multi-body dynamics Flexible beam Motion control;