1、先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)一 組合型過(guò)程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介及過(guò)程控制演示2實(shí)驗(yàn)二 傳感器、執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)三 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試10實(shí)驗(yàn)四 液位單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)整定12實(shí)驗(yàn)五 PLC和DCS綜合控制演示14仿真實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)一 MATLAB與SIMULINK熟悉實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)二 過(guò)程參數(shù)PID控制仿真25實(shí)驗(yàn)三 復(fù)雜過(guò)程對(duì)象PID控制仿真26實(shí)驗(yàn)四 非線性控制時(shí)滯系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)控制算法仿真27實(shí)驗(yàn)五 利用輸入-輸出的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真29過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 組合型過(guò)程控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介及過(guò)程控制演示一、 FESTO緊湊型過(guò)程控制系統(tǒng)介紹FESTO緊湊型過(guò)程控制

2、系統(tǒng)如圖1-1所示，在這套系統(tǒng)上，我們可以進(jìn)行液位、溫度、壓力、流量的控制。 圖 1-1二、 組合式過(guò)程控制系統(tǒng)介紹結(jié)合過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論的學(xué)習(xí)，我們研制了一套組合式過(guò)程控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以通過(guò)靈活、方便的管路組合，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制中的五種典型控制方式單回路控制，串級(jí)控制、前饋控制、均勻控制和比值控制。三、 主要儀器與設(shè)備1、 計(jì)算機(jī)2、 接口 研華 USB-4711AUSB-4711A系列包括即插即用數(shù)據(jù)采集模塊，因此無(wú)需再打開您的計(jì)算機(jī)機(jī)箱來(lái)安裝板卡。僅需插上模塊，便可以采集到數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單高效。USB-4711A是給任何帶有USB端口的計(jì)算機(jī)增加測(cè)量和控制能力的最佳途徑。它通過(guò)USB端口獲

3、得所有所需的電源，所以它無(wú)需連接外部的電源。USB-4711A在一塊卡上包含了所有的數(shù)據(jù)采集功能，如：16路AI，2路AO，8路DI，8路DO，1路32位計(jì)數(shù)器，其中A/D數(shù)據(jù)采集為12位。USB-4711A板卡的如圖1-2。圖 1-2 USB-4711A板卡 圖 1-3 I/O 接口針腳定義表 1.1：I/O 接口信號(hào)描述3.水箱：水箱如圖1-4所示。技術(shù)參數(shù)見表1-1。 圖 1-4表1-1工作溫度最大：+65外部尺寸寬度深度高度240 mm190 mm385 mm材質(zhì)塑料螺旋接口15 mm 直徑3、 流量傳感器 流量傳感器如圖1-5，主要技術(shù)參數(shù)見表1-2。 表 1-2工作電壓5 to 1

4、2 V DC工作電流6 to 33 mA輸出信號(hào)方波信號(hào)，512 V頻率范圍13 to 1200 HZ測(cè)量范圍0.5 to 15.0 l/min工作壓力80°C max。 6bar 工作溫度0°C to 65°C接線方式白：電源正綠：電源負(fù)褐：輸出+圖 1-54、 比例閥1094-PMR 比例閥如圖1-6，主要技術(shù)指標(biāo)見表1-3。 表 1-3工作電壓24 V DC功率8 W工作壓力0 to 0.5 bar環(huán)境溫度Max。+55°C媒介自然媒介，如水、壓縮空氣媒體溫度0°C to +65°C 圖 1-61094-PMR比例閥接口如圖1-

5、7所示。端子2：+24V，端子3：24V地，端子4：輸出控制信號(hào)。R1：最小流量調(diào)節(jié)，R2：最大流量調(diào)節(jié)，R3：延遲時(shí)間調(diào)節(jié)。S1：（on）：中頻（2832），S2：（off） 圖 1-75、 液位傳感器主要技術(shù)參數(shù)見表1-4 表 1-4工作電壓24 V DC測(cè)量范圍0400 mm輸出信號(hào)05 V DC工作溫度-40120°C接線方式紅：電源正黑：電源負(fù)藍(lán)：輸出+6、 溫度傳感器 主要技術(shù)參數(shù)見表1-5 表 1-5工作電壓24 V DC測(cè)量范圍0100 °C輸出信號(hào)05 V DC接線方式紅：電源正綠：電源負(fù)黃：輸出+7、 管路、接頭、手動(dòng)閥管路、接頭、手動(dòng)閥如圖1-8所示。

6、系統(tǒng)所有部件的連接都是直接插拔，非常方便。 圖 1-8實(shí)驗(yàn)二 傳感器、執(zhí)行器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈧鞲衅鳌?zhí)行器的工作原理，掌握它們?cè)趯?shí)際過(guò)程控制中的應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)要求編程實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)液位、溫度、流量等模擬量的數(shù)據(jù)采集以及比例閥開度的控制。3、 實(shí)驗(yàn)步驟1、液位傳感器的測(cè)試 在水箱內(nèi)按要求注入不同高度的純凈水，利用萬(wàn)用表和USB-4711A板卡的A/D口分別測(cè)出液位傳感器的輸出電壓。并在計(jì)算機(jī)內(nèi)將其轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的高度。將測(cè)量數(shù)據(jù)填入下表。 高度輸出250 mm200 mm150 mm100 mm50 mm萬(wàn)用表測(cè)量值（伏）A/D 口測(cè)量值 (伏)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換高度（mm）相對(duì)誤差（%） 2、 溫度傳感器的

7、測(cè)試 改變水箱內(nèi)水的溫度，用溫度計(jì)測(cè)量出水溫，同時(shí)利用萬(wàn)用表和USB-4711A的A/D口測(cè)出溫度傳感器的輸出電壓，并在計(jì)算機(jī)內(nèi)將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度。將測(cè)量數(shù)據(jù)填入下表。溫度計(jì)（度）傳感器輸出電壓（伏）A/D口測(cè)量電壓 (伏)機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換溫度（度）相對(duì)誤差（%）3、 流量傳感器的測(cè)試 調(diào)節(jié)手動(dòng)閥以改變流量傳感器所在管路中的流量，利用USB-4711A的計(jì)數(shù)口測(cè)量流量傳感器單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)，并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的流量。將測(cè)量結(jié)果填入下表。脈沖數(shù)（個(gè)/秒）流量（l/min）4、 比例閥的控制 通過(guò)USB-4711A的D/A口向比例閥輸出控制，比較機(jī)內(nèi)控制電壓與實(shí)際輸出電壓，并將結(jié)果填入下表。控制量（伏）

8、02.557.510測(cè)量值（伏）相對(duì)誤差（%）四、思考題1、用傳感器測(cè)量過(guò)程變量的準(zhǔn)確性如何？如果有誤差，可以采取什么方法進(jìn)行修正？實(shí)驗(yàn)三 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)單容對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法。 二、實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法建立液位對(duì)象的過(guò)程數(shù)學(xué)模型。 三、實(shí)驗(yàn)步驟利用液位對(duì)象的液位與輸出流量的關(guān)系建立其模型 測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1 利用液位輸出流量關(guān)系建立模型的實(shí)驗(yàn)原理圖 原理 對(duì)于液位系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)態(tài)物料平衡關(guān)系有 式中： 輸入流量； 輸出流量； 液位高度； A水箱截面積； 、分別為偏離某一平衡狀態(tài)、的增量。在靜態(tài)時(shí)，當(dāng)變化時(shí)，、也將發(fā)生變化，由流體力學(xué)可知，流體在紊

9、流情況下，與流量之間為非線性關(guān)系，為簡(jiǎn)化起見，作線性化處理。近似認(rèn)為與在工作點(diǎn)附近成正比，而與出水閥的阻力（稱為液阻）成反比，即 或 由、，消去中間變量，再求拉氏變換得單容液位過(guò)程的傳遞函數(shù)為： 關(guān)閉所有出水閥，向水箱內(nèi)注水至260mm左右，然后按圖3-1將出水閥旋開至適當(dāng)位置，測(cè)量給定液位高度所對(duì)應(yīng)的流量值，填入下表。并根據(jù)式求液位對(duì)象的模型。h (mm)120160200240（l/min）其中水箱的截面積。 四、思考題1、分析可能造成模型不準(zhǔn)確的原因。實(shí)驗(yàn)四 液位單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)整定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆者^(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的單回路控制方式。 二、實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)單容水箱的液位單回路控制系

10、統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液位的定值控制，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)整定。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、按照?qǐng)D4-1，在組合式實(shí)驗(yàn)裝置上通過(guò)選擇管路，構(gòu)造液位單回路控制系統(tǒng)。圖 4-1 液位單回路控制系統(tǒng)原理圖2、 畫出液位單回路控制系統(tǒng)方框圖。3、 根據(jù)液位對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，選擇系統(tǒng)的采樣周期 。 4、 運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)法確定數(shù)字調(diào)節(jié)器的參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，選擇調(diào)節(jié)器參數(shù)、和值。觀察不同參數(shù)情況下的控制效果，最終確定較為滿意的調(diào)節(jié)器參數(shù)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)性能指標(biāo)1234四、思考題1、在控制過(guò)程中遇到了哪些問(wèn)題，你是如何解決的？為了提高控制效果，你在控制算法上還采取了哪些措施？實(shí)驗(yàn)五 PLC和DCS綜合控制演示一、 CS4000高級(jí)過(guò)程控制實(shí)

11、驗(yàn)裝置對(duì)象介紹CS4000高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)象如圖6-1所示，采用四容液位控制體系和兩容溫度控制體系，主要包括：1、兩個(gè)獨(dú)立的水路動(dòng)力系統(tǒng)，一路由循環(huán)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)組成（主管路）；另一路由變頻器、循環(huán)泵、渦輪流量計(jì)組成（副管路），由變頻器調(diào)節(jié)流量，渦輪流量計(jì)檢測(cè)流量。2、四個(gè)有機(jī)玻璃水箱組，每個(gè)水箱均裝有液位變送器；通過(guò)閥門切換，任何兩組動(dòng)力的水流可以到達(dá)任何一個(gè)水箱。3、一個(gè)加熱水箱和一個(gè)溫度純滯后水箱，安裝多個(gè)Pt100熱電阻檢測(cè)儀表，由一個(gè)可控硅控制的電加熱管提供熱源，通過(guò)調(diào)節(jié)電加熱管功率或待加熱水量以達(dá)到控制水溫的目的。圖 6-1 CS4000高級(jí)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)象采

12、用PLC控制系統(tǒng)或DCS控制系統(tǒng)，我們可以進(jìn)行液位、溫度、壓力、流量的控制實(shí)驗(yàn)。二、PLC介紹實(shí)驗(yàn)室使用的是西門子S7 300系列PLC，主要由電源，CPU，數(shù)字量輸入輸出，模擬量輸入輸出模塊組成，本次試驗(yàn)用到的是模擬量輸入輸出模塊，如圖6-2所示。圖6-2 PLC三、DCS組態(tài)原理DCS的組態(tài)過(guò)程是一個(gè)循序漸進(jìn)、多個(gè)軟件綜合應(yīng)用的過(guò)程，在應(yīng)用AdvanTrol-Pro軟件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時(shí)，可針對(duì)系統(tǒng)的工藝要求，逐步完成對(duì)系統(tǒng)的組態(tài)。圖6-3 系統(tǒng)組態(tài)工作流程圖四、實(shí)驗(yàn)演示1、液位對(duì)象PLC控制演示1) 點(diǎn)擊圖標(biāo)，進(jìn)入step7編程界面，新建一個(gè)新的項(xiàng)目，如下圖所示， 2) 在My_Prj

13、2項(xiàng)目?jī)?nèi)插入S7-300工作站：SIMATIC 300(1)3) 單擊SIMATIC 300(1)，選擇hardware，進(jìn)入硬件組態(tài)窗口，如下圖所示4) 插入0號(hào)導(dǎo)軌：（0）UR；插入各種S7-300模塊。分別如下圖所示，本次實(shí)驗(yàn)用到的模塊包括PS 307 10A(6ES7 307-1KA01-0AA0);CPU 314(6ES7 314-1AG13-0AB0);SM 331 AI 8*12bit(6ES7 331-7KF02-0AB0);SM332 AO*12bit(6ES7 332-5HF00-0AB0) 配置電源模塊 配置CPU 配置模擬量輸入模塊 配置模擬量輸出模塊 5) 硬件組態(tài)，

14、如下圖所示6) 編寫程序。7) 選擇My_prj2程序，單擊My_prj2，選擇SIMATIC 300(1),最后點(diǎn)擊如圖所示的下載按鈕，這就完成了程序的下載。8) 點(diǎn)擊圖標(biāo)，進(jìn)入WINCC程序，選擇levelcontrol項(xiàng)目，單擊激活按鈕，激活WINCC監(jiān)控程序。9) 在WINCC監(jiān)控畫面中設(shè)定液位值。10) 調(diào)整PID參數(shù)值，是系統(tǒng)的控制性能達(dá)到最優(yōu)，液位的實(shí)時(shí)曲線可點(diǎn)擊“實(shí)時(shí)曲線”按鈕查看。11) 待液位穩(wěn)定于設(shè)定值時(shí)，改變液位值的大小，經(jīng)過(guò)一段調(diào)節(jié)時(shí)間，水位穩(wěn)定至新的設(shè)定值，觀察此時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。監(jiān)控畫面如圖1.4,1.5所示.圖6-4圖6-52、溫度對(duì)象DCS控制演示在動(dòng)手組態(tài)前

15、，首先應(yīng)將系統(tǒng)構(gòu)成、卡件布置圖、測(cè)點(diǎn)清單、數(shù)據(jù)分組方法、系統(tǒng)控制方案、監(jiān)控畫面、報(bào)表內(nèi)容等組態(tài)所需的所有文檔資料收集齊全。本實(shí)例中控制系統(tǒng)由1個(gè)控制站、1個(gè)工程師站、8個(gè)操作員站組成。控制站IP地址為（02），工程師站IP地址為129，操作員站IP地址為（130137）。系統(tǒng)有1個(gè)操作小組。1） 在桌面上點(diǎn)擊圖標(biāo)，將彈出SCKey文件操作界面，點(diǎn)擊“新建組態(tài)”命令，文件命名為“實(shí)驗(yàn)”。在組態(tài)界面的工具欄中點(diǎn)擊命令按鈕，彈出主機(jī)設(shè)置界面，選擇“主控制卡”頁(yè)面，點(diǎn)擊“增加”命令，設(shè)置參數(shù)，組態(tài)后的界面如圖所示。選擇“操作站”頁(yè)面，點(diǎn)擊“增加”命令，增加1個(gè)工程師站，8個(gè)操作員站，組態(tài)后的界面如圖所

16、示。2） 在系統(tǒng)組態(tài)界面的工具欄中點(diǎn)擊命令按鈕，彈出I/O組態(tài)界面，選擇“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡”界面，點(diǎn)擊“增加”命令，組態(tài)完成后的界面如圖所示選擇“I/O卡件”界面，選擇主控制卡項(xiàng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡項(xiàng)，點(diǎn)擊“增加”，按工程設(shè)計(jì)要求組態(tài)I/O卡件。I/O卡件組態(tài)完成后的界面如圖3所示選擇“I/O點(diǎn)”界面，選擇主控制卡項(xiàng)選擇、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡項(xiàng)和I/O卡件項(xiàng)，點(diǎn)擊“增加”，增加一個(gè)I/O點(diǎn)，點(diǎn)擊“參數(shù)”欄下的按鈕，彈出圖5所示對(duì)話框，設(shè)置參數(shù)：按照以上步驟繼續(xù)添加其他位號(hào)，按工藝及測(cè)點(diǎn)清單要求將所有控制站I/O點(diǎn)位號(hào)組態(tài)完成。3）在系統(tǒng)組態(tài)界面工具欄中點(diǎn)擊按鈕，彈出自定義控制算法設(shè)置對(duì)話框。選擇算法程序所屬的控制站，

17、點(diǎn)擊圖形編程中的“編輯”命令，進(jìn)入到圖形編程的工程界面。點(diǎn)擊工具欄中的“新建程序段”按鈕，點(diǎn)擊“功能塊選擇”按鈕，彈出選擇模塊對(duì)話框，將編程所需的所有模塊拷貝到編程界面中。點(diǎn)擊“連線”按鈕，在需要連接的兩個(gè)管腳上各點(diǎn)擊一下，可將這兩個(gè)管腳連接起來(lái)。將各模塊按程序要求連接起來(lái)。在工具欄中點(diǎn)擊編譯按鈕，檢查程序有無(wú)語(yǔ)法、邏輯上的錯(cuò)誤。4）在系統(tǒng)組態(tài)界面工具欄中點(diǎn)擊圖標(biāo)，進(jìn)入操作站流程圖設(shè)置界面。點(diǎn)擊“編輯”命令，進(jìn)入流程圖制作界面，按工藝要求繪制流程圖。5）在SCKey組態(tài)界面工具欄中點(diǎn)擊按鈕，編譯正確后，在系統(tǒng)組態(tài)界面工具欄中點(diǎn)擊下載命令按鈕，組態(tài)下載結(jié)束后，點(diǎn)擊“關(guān)閉”命令。在SCKey組態(tài)界

18、面工具欄中點(diǎn)擊發(fā)布命令按鈕，點(diǎn)擊“發(fā)布組態(tài)”按鈕，向所有操作站發(fā)布組態(tài)。選擇需要通知更新的操作站或工程師站，再點(diǎn)擊“通知更新”按鈕。6）點(diǎn)擊圖標(biāo)，進(jìn)入監(jiān)控界面，點(diǎn)擊進(jìn)入“流程圖”，界面如圖所示。圖6 流程圖點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)選擇”，設(shè)定一個(gè)合適的溫度設(shè)定值。設(shè)置PID參數(shù)，點(diǎn)擊“調(diào)整畫面”，觀察實(shí)時(shí)曲線。圖7 調(diào)整畫面待水溫穩(wěn)定于給定值時(shí)，改變?cè)O(shè)定值的大小，經(jīng)過(guò)一段調(diào)節(jié)時(shí)間后，水溫穩(wěn)定至新的設(shè)定值，觀察此時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 MATLAB與SIMULINK熟悉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釳ATLAB與SIMULINK工作原理，掌握它們?cè)谶^(guò)程控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)要求掌握MATLAB中

19、.m編程方法，掌握SIMULINK建模方法。三、實(shí)驗(yàn)步驟1MATLAB的安裝、啟動(dòng)2MATLAB基本命令、操作、語(yǔ)法練習(xí)3M文件編程練習(xí)4SIMULINK建模練習(xí)實(shí)驗(yàn)二 過(guò)程參數(shù)PID控制仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战⑦^(guò)程對(duì)象模型的方法和單回路PID控制設(shè)計(jì)方法。二、實(shí)驗(yàn)要求分別用M文件和SIMULINK建立系統(tǒng)模型，整定PID參數(shù)，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)步驟給定某一液位過(guò)程系統(tǒng)的模型為 (1)1.給出(1)系統(tǒng)在單位階躍信號(hào)作用下的響應(yīng)。2.期望輸出y=1，設(shè)計(jì)PID控制回路：a.編寫M文件，建立單回路過(guò)程控制系統(tǒng)，整定PID參數(shù)，記錄響應(yīng)曲線。b.使用SIMULINK建立單回路過(guò)程控制系統(tǒng)，整定

20、PID參數(shù)，記錄響應(yīng)曲線。四、思考題1比較M文件和SIMULINK的仿真結(jié)果，如果有差異，試分析原因。2給出PID整定過(guò)程。實(shí)驗(yàn)三 復(fù)雜過(guò)程對(duì)象PID控制仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆沾?jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定方法。二、實(shí)驗(yàn)要求建立串級(jí)控制系統(tǒng)模型，整定PID參數(shù)，采用Simulink進(jìn)行系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容某串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如下，系統(tǒng)中有兩個(gè)PID控制器，PID2所在內(nèi)環(huán)稱為副回路，PID1所在外環(huán)稱為主回路。主調(diào)節(jié)器的輸出控制量作為副回路的給定量。1期望輸出y=1，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖構(gòu)造Simulink模型文件。2整定控制器參數(shù)，觀察仿真曲線。四、思考題1給出控制器參數(shù)整定過(guò)程。 實(shí)驗(yàn)四 非線性控制時(shí)滯

21、系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)控制算法仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆战o定系統(tǒng)建立迭代學(xué)習(xí)控制算法仿真模型的方法。 二、實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)MATLAB與SIMULINK的結(jié)合建立給定系統(tǒng)的迭代學(xué)習(xí)控制仿真的模型。三、模型介紹給定的非線性控制時(shí)滯系統(tǒng)的模型為： （4.1） 其中，是可量測(cè)重復(fù)干擾，當(dāng)時(shí)，。期望軌跡，選取，初始控制函數(shù)為，表示迭代次數(shù)，隨著迭代的進(jìn)行，。仿真程序采用的是超前型帶遺忘因子的開環(huán)PD型迭代學(xué)習(xí)控制算法： 式中，是遺忘因子，當(dāng)時(shí)，。學(xué)習(xí)增益矩陣、有界，。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、給定程序針對(duì)的仿真情形為：系統(tǒng)初值無(wú)偏差、且。要求理解給定的仿真程序，驗(yàn)證仿真圖像4.1、4.2。 圖4.1 的輸出跟蹤曲線 圖4.2 輸出

22、誤差曲線2、針對(duì)（4.1）系統(tǒng)，當(dāng)仿真情形變?yōu)椋海?）、系統(tǒng)初值無(wú)偏差、且；（2）、系統(tǒng)初值偏差在之間隨機(jī)變化、且；（3）、系統(tǒng)初值偏差在之間隨機(jī)變化、且要求對(duì)所給程序做出適當(dāng)修該，得出對(duì)應(yīng)的的輸出跟蹤曲線圖和輸出誤差曲線圖，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中寫明對(duì)程序所做的修改。實(shí)驗(yàn)五 利用輸入-輸出的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆漳Ｐ蛥⒖甲赃m應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、控制算法和程序編制。 二、實(shí)驗(yàn)要求通過(guò)MATLAB語(yǔ)言編寫程序設(shè)計(jì)一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)，并仿真驗(yàn)證。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容現(xiàn)有一個(gè)某伺服系統(tǒng)可用下列數(shù)學(xué)模型描述式中為過(guò)程參數(shù)，未知，并且隨工作環(huán)境和條件的改變而變化。借助李雅普諾夫穩(wěn)定理論，設(shè)

23、計(jì)一個(gè)利用輸入/輸出信息的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，使它具有良好的跟蹤能力、抗干擾能力和適應(yīng)過(guò)程參數(shù)變化能力。1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)知，相對(duì)階為。（1）參考模型的確定。參考模型的選擇應(yīng)使其輸出具有理想的特性，如無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)指標(biāo)，并且其分子分母的階次應(yīng)與過(guò)程相同。式中參考模型的狀態(tài)方程和輸出方程為 （5.1）根據(jù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)定性的要求，這里取：過(guò)程輸出應(yīng)由測(cè)量獲得，對(duì)于仿真，可由下列狀態(tài)空間表達(dá)式計(jì)算得到 （5.2）為方便仿真，不妨設(shè)：。輸出誤差為 （5.3）（2）的選擇。它的選擇應(yīng)使相對(duì)階為1，所以選式中，選大于零的數(shù)，這里取。（3）輔助信號(hào)發(fā)生器的狀態(tài)方程。應(yīng)選式中，有 （5.4）

24、（5.5）式中，應(yīng)滿足關(guān)系式：（4）信號(hào)向量和可調(diào)參數(shù)向量分別為濾波向量 （5.6）參數(shù)調(diào)節(jié)規(guī)律 （5.7）控制規(guī)律 （5.8）2.控制算法步驟用Matlab語(yǔ)言編寫程序：1) 初始化有關(guān)量：等；2) 由式（5.1）求，測(cè)取，仿真由式（5.2）求，并由式（5.3）計(jì)算；3) 根據(jù)式（5.4）和式（5.5），用數(shù)值積分法求；4) 用數(shù)值積分法，由式（5.6）和式（5.7）分別求；5) 由式（5.8）求控制量；6) 移位處理有關(guān)量，判斷是否達(dá)到預(yù)定步數(shù)：否，去第2）步；是，去第7)步；7) 打印圖形，停止運(yùn)行。3.實(shí)驗(yàn)仿真選取計(jì)算步長(zhǎng)，設(shè)定可調(diào)參數(shù)初值和正定對(duì)稱矩陣分別為：然后做跟蹤仿真、抗干擾仿

25、真和抗過(guò)程參數(shù)變化仿真。1) 參考輸入為方波信號(hào)，幅值為1，要求理解給定的仿真程序，驗(yàn)證仿真圖像5.1、5.2。圖5.1跟蹤響應(yīng) 圖5.2 輸出誤差2) 參考輸入為單位階躍信號(hào)，當(dāng)t=30時(shí)，在過(guò)程輸出端加一幅值為0.3的恒值干擾，對(duì)所給程序進(jìn)行修改，得到的曲線。3) 參考輸入為單位階躍信號(hào)，當(dāng)t=30時(shí)，過(guò)程參數(shù)發(fā)生突然變化：；對(duì)所給程序進(jìn)行修改，得到的曲線。四、思考題1. 本實(shí)驗(yàn)用數(shù)值積分法（歐拉法）仿真，請(qǐng)簡(jiǎn)述歐拉法的原理。附錄：實(shí)驗(yàn)四程序：（整個(gè)仿真程序由一個(gè)Matlab的.m文件和兩個(gè)Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖構(gòu)成，如下所示）%先運(yùn)行p型迭代學(xué)習(xí) 控制再運(yùn)行該程序，得到對(duì)比圖clea

26、r;clc;P=0.0;D=0.5; %（pd型增益系數(shù)）u0=0.0; %（取e和e1的二范數(shù)）for k=1:40 %最好要小于時(shí)間采樣點(diǎn)數(shù) （當(dāng)然要小于）0.4*rand(1)*(-1)k z=5(-k); 156+10*rand(1)*(-1)k z=2(-k); v=0.0*rand(1)*(-1)k; % v=0; if k=1 sim('one',1,); else sim('two',1,); end ne(k)=norm(e); switch k case 1 yk1=y; case 2 yk2=y; case 3 yk3=y; case 4

27、yk4=y; case 5 yk5=y; case 6 yk6=y; case 7 yk7=y; case 9 yk9=y; case 10 yk10=y; case 15 yk15=y; case 20 yk20=y; endend figure(1) plot(t,yd,'-r',t,yk1,'.g',t,yk2 ,'-b',t,yk5,':m',t,yk10,'-.k','linewidth',2); %繪制期望t,yk1,'.g',軌跡與實(shí)t,yk1 ,'.b'

28、;,際輸出軌跡曲線，并設(shè)t,yk2,'-',置相應(yīng)的曲線顏色,t,yk7,'.b',t,yk5,':m',h=legend('yd(t)','k=1','k=2','k=5','k=10',2);,'k=1'xlabel('t/s');ylabel('yk(t)');axis(0 1,-0.5 2) ; %設(shè)置坐標(biāo)范圍figure(2)plot(ne,'linewidth',2) ; %繪制誤差2范數(shù)曲線

29、2xlabel('迭代次數(shù)k');ylabel('誤差e的2-范數(shù)');axis(1 10,0 10);圖一 實(shí)驗(yàn)四的Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖（1）圖二 實(shí)驗(yàn)四的Simulink仿真結(jié)構(gòu)圖（2）實(shí)驗(yàn)五程序：clearh=.1;t=0.1;N=1500; %設(shè)定計(jì)算步距和仿真步數(shù)r1=.1;r2=4;r3=4;r4=4;r5=4;r6=4; %賦正定對(duì)稱矩陣對(duì)角元的值yr0=0;e10=0;Yp0=0; %賦初值a=4;b=5;c=6;km=40;d=3; %賦值參考模型系數(shù)am0=a*b*c;am1=a*b+a*c+b*c;am2=a+b+c;bm0=km*d

30、;bm1=km; %參考模型系數(shù)轉(zhuǎn)換T1=1;T2=2;T3=4;k=0.4; %賦值被控過(guò)程系數(shù)ap1=1/(T1*T2);ap2=1/T1+1/T2;b0=1/T3;kp=k*T3/(T1*T2); %過(guò)程系數(shù)轉(zhuǎn)換a0=5;g0=d*a0;g1=d+a0; %賦值信號(hào)產(chǎn)生器狀態(tài)方程參數(shù)xp10=0;xp20=0;xp30=0;xm10=0;xm20=0;xm30=0; %賦初值k00=3.5;c10=-0.5;c20=3.1;d00=-3.5;d10=0.05;d20=-0.63; %賦初值%k00=0;c10=0;c20=0;d00=0;d10=0;d20=0; %賦初值q10=0;q2

31、0=0;q30=0;q40=0;q50=0;q60=0; %賦初值v110=0;v120=0;v210=0;v220=0;u0=0; %賦初值yr=ones(1,250),zeros(1,250),ones(1,250),zeros(1,250),ones(1,250),zeros(1,250);for i=1:N xm1=xm10+h*xm20;xm2=xm20+h*xm30;xm3=xm30+h*(-am0*xm10-am1*xm20-am2*xm30+yr0); ym(i)=bm0*xm1+bm1*xm2; %計(jì)算參考模型輸出 xp1=xp10+h*xp20;xp2=xp20+h*xp30;xp3=xp30+h*(-ap1*xp20-ap2*xp30+u0); Yp=kp*b0*xp1+kp*xp2;yp(i)=Yp; %算出實(shí)際輸出 e1=yp(i)-ym(i);E1(i)=e1; %計(jì)算輸出誤差 v11=v110+h*v120;v12=v120+h*(u0-g