53控制系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)

1、控制部分：一、根據(jù)人體紅外輻射傳感器原理，設(shè)計一個自動門控制系統(tǒng)1 .畫出系統(tǒng)組成方框圖（不得少于4個環(huán)節(jié)），人體信號-光學系統(tǒng)-熱釋電紅外傳感器-信號處理-自動門控制電路-開關(guān)2 .介紹系統(tǒng)運行原理（不多于50字）3 .說出這是按什么控制的（不多于20字）4 .如果將人換成工廠里來了一輛運輸車什么來著的，修改哪個環(huán)節(jié)最好（不多于20字）。二、水池里的水有時會太多，有時會太少，設(shè)計一個液位控制系統(tǒng)1 .畫出系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖，2 .介紹控制裝置各個原件，對應(yīng)什么，有什么用。期望液位-比較器-控制器（機械或氣動裝置）-執(zhí)行器（閥門）-被控量（水池液位）-檢測裝置（傳感器）三、對于一階慣性系統(tǒng)，根據(jù)系

2、統(tǒng)控制要求選擇合適的控制器，可選擇的控制器有P,I,D,PI,PD,PID,有2小問,.追求較好的控制速度，容許有穩(wěn)態(tài)誤差，期望無超調(diào)，說出理由（不多于50字），1 .期望較好的控制速度，不容許有穩(wěn)態(tài)誤差，期望無超調(diào)，說出理由（不多于50字）傳感器與檢測部分：一、填空題1 .電渦流傳感器那里的，線圈下方放置金屬導體時，等效電阻會怎樣（變大），等效電感會怎樣（變?。?，等效品質(zhì)因數(shù)會怎樣（變?。?，2 .電容式傳感器根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)分為哪3類（變極距，變面積，變介電常數(shù)），3 .光纖傳感器的組成（纖芯，包層，保護套），光在光纖中傳播，入射角與折射率應(yīng)滿足（光在包層和纖芯的分界面上發(fā)生全反射）。二、應(yīng)變

3、片1 .什么是金屬導體的電阻應(yīng)變效應(yīng)：導體的電阻在受力產(chǎn)生變形時發(fā)生變化的現(xiàn)象。2 .金屬導體標準阻值R為1200歐姆，傳感器靈敏度K為2,應(yīng)變e是幾百微應(yīng)變，求電阻變化了多少？（AR/R=Ke）3 .一個等強度懸梁臂，上面貼2塊應(yīng)變片，下面貼2塊應(yīng)變片，組成全橋，從上方施加壓力，畫出電橋的電路，并標出阻值的變化情況，電源電壓10V,求輸出電壓。三、熱電偶1 .說出熱電偶的測溫原理（熱電勢的組成及原因，接觸電勢和溫差電勢），2 .計算題，和書上一個例題一樣，數(shù)值不一樣，求熱端溫度T,給你E（Tn,0）和E（T,Tn）求T,會給一張溫度表（PS:書上有，要會查表=）面試：第一，是英文翻譯，是現(xiàn)代

4、控制理論的。第二，是專業(yè)問題。1,用了PD調(diào)節(jié)器時，出現(xiàn)了較大的震蕩，是什么原因（P的增益設(shè)的太大）2,增大無阻尼固有頻率會有什么好的影響，但是這樣又會有什么不利的影響。3,非線性有哪些具體形式，對系統(tǒng)有什么影響。4,李雅普諾夫穩(wěn)定性的本質(zhì)是什么，李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)可以判別非線性系統(tǒng)嗎。5,什么是靜穩(wěn)定飛機，什么是靜不穩(wěn)定飛機。靜穩(wěn)定性，靜不穩(wěn)定，靜中立穩(wěn)定動穩(wěn)定，動不穩(wěn)定，動中立穩(wěn)定6,阻尼器的作用是什么。以飛機角運動作為反饋信號，穩(wěn)定飛機的角速率，增大飛機運動的阻尼，抑制振蕩7,飛機飛行時需要用到哪些傳感器。駕駛桿力傳感器，駕駛桿位移傳感器，腳蹬位移傳感器，溫度傳感器，壓力傳感器，加速度傳

5、感器，迎角傳感器8,什么是可觀性，當系統(tǒng)不可測的時候，怎么樣控制系統(tǒng)9,談?wù)剬︼w行控制系統(tǒng)前景及未來的發(fā)展。采用光傳操縱系統(tǒng)。利用光纖數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，抗電磁干擾，防雷電，光線本身電隔離性好，可以減輕控制系統(tǒng)的重量和體積，采用只能空感知系統(tǒng)，在變化的環(huán)境下能自主完成目標的控制。采用功率電傳技術(shù)，涌泉點系統(tǒng)代替飛機集中式液壓和氣動系統(tǒng)，在操縱免除直接將電功率轉(zhuǎn)換成機械功率，安裝維護簡便，降低油耗，提高飛行操縱可靠性和飛機生存能力，便于實現(xiàn)一體化控制。10 .導航制導與控制的關(guān)系導航，簡單地說就是確定飛行器的位置和速度信息；制導就是把飛行器看成一個質(zhì)點，控制其從一個位置飛行到另一個期望的位置；控制就是

6、把飛行器看成一個剛體，按照制導的指令改變其姿態(tài)和軌道達到期望值。概括地說，導航就是確定與期望值的偏差；制導就是消除偏差的策略；控制就是執(zhí)行策略的手段。導航(Navigation)是指利用衛(wèi)星定位，將物體之位置及移動路徑于接收器上顯示出來，以指引使用者行進路徑及方向?？刂剖侵缚刂浦黧w按照給定的條件和目標，對控制客體施加影響的過程和行為。導引和控制飛行器按一定規(guī)律飛向目標或預(yù)定軌道的技術(shù)和方法。區(qū)別就像別人問路，導航就是給他指路，制導就是給他帶路。制導是導引和控制飛行器按一定規(guī)律飛向目標或預(yù)定軌道的技術(shù)和方法。制導過程中，導引系統(tǒng)不斷測定飛行器與目標或預(yù)定軌道的相對位置關(guān)系，發(fā)出制導信息傳遞給飛行

7、器控制系統(tǒng)，以控制飛行。導航是引導某一設(shè)備，從指定航線的一點運動到另一點的方法.微分環(huán)節(jié)在什么情況下可以轉(zhuǎn)化為比例環(huán)節(jié)PIDp控制規(guī)律比例控制的輸出信號與輸入偏差成比例關(guān)系。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用以減小偏差，是最基本的控制規(guī)律。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。I控制規(guī)律對于一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個系統(tǒng)是有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，必須引入積分控制規(guī)律。積分作用是對偏差進行積分，隨著時間的增加,積分輸出會增大，使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到偏差為零，才不再繼續(xù)增加。因此，采用積分控制規(guī)律的主要目的就是使系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的準確度。積分作用的強

8、弱取決于積分時間常數(shù)TI,TI越大，積分作用越弱，反之則越強。由于積分引入了相位滯后，使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。因此，積分控制一般不單獨使用，通常結(jié)合比例控制構(gòu)成比例積分(PI)控制器。D控制規(guī)律在微分控制中，控制器的輸出與輸入偏差信號的微分（即偏差的變化率）成正比關(guān)系?？蓽p小超調(diào)量，并能在偏差信號的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度，減少調(diào)節(jié)時間。微分控制反映偏差的變化率，只有當偏差隨時間變化時，微分控制才會對系統(tǒng)起作用，而對無變化或緩慢變化的對象不起作用。因此微分控制在任何情況下不能單獨與被控制對象串聯(lián)使用。需要說明的是，對于一臺實際的PID控制器，如果把微

9、分時間TD調(diào)到零，就成為一臺比例積分控制器；如果報積分時間TI放大到最大，就成了一臺比例微分控制器；如果把微分時間調(diào)到零，同時把積分時間放到最大，就成了一臺純比例控制器。由于PID控制規(guī)律綜合了比例、積分、微分三種控制規(guī)律的優(yōu)點，具有較好的控制性能，因而應(yīng)用范圍更廣。PID控制器可以調(diào)整的參數(shù)是KP、TI、TD。適當選取這三個參數(shù)的數(shù)值，可以獲得較好的控制質(zhì)量，實際應(yīng)用過程中很多工程技術(shù)人員對PID參數(shù)整定不是很數(shù)量，這是應(yīng)選擇自整定功能強和控制算法先進的人工智能調(diào)節(jié)器，方便獲得最佳的PID參數(shù)。在選擇PID控制規(guī)律時，應(yīng)根據(jù)被控對象的動態(tài)、靜態(tài)特性以及實際控制要求和控制品質(zhì)來選擇比例控制規(guī)律

10、應(yīng)用優(yōu)缺點：比例控制結(jié)構(gòu)簡單，控制及時，參數(shù)整定方便；控制結(jié)果又穩(wěn)態(tài)誤差。適用場合：比例控制規(guī)律適用于對一階慣性對象，負荷變化不大，工藝要求不高，如果用于壓力、液位、串級副控回路等場合，可采用比控制。比例積分控制規(guī)律應(yīng)用優(yōu)缺點：比例積分控制規(guī)律能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分作用控制慢，會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。適用場合：比例積分規(guī)律適用于對象滯后較大，負荷變化較大，但變化緩慢，要求控制結(jié)果無穩(wěn)態(tài)誤差場合。比例積分規(guī)律廣泛用于壓力、流量、液位和那些沒有大的事件滯后的具體對象。比例微分規(guī)律應(yīng)用優(yōu)缺點：比例微分規(guī)律響應(yīng)快，偏差小，能增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，有超前控制作用，可以克服對象的慣性；但控制作用有穩(wěn)態(tài)誤差。適用場合：

11、比例微分規(guī)律適用于對象滯后較大，負荷變化不大，被控變量變化不頻繁,控制結(jié)果允許有穩(wěn)態(tài)誤差存在的場合。比例積分微分規(guī)律優(yōu)缺點：控制質(zhì)量最高，無穩(wěn)態(tài)誤差；但參數(shù)整定較麻煩。適用場合：比例積分微分規(guī)律適用于對象滯后較大，負荷變化也較大，控制性能要求高的場合。適用于過熱蒸汽溫度控制、pH值控制等過程控制。PID控制器介紹：國內(nèi)很多儀表廠生產(chǎn)的調(diào)節(jié)器為經(jīng)典控制算法的控制器，用在溫度控制或復(fù)雜工況時控制效果一般，建議大家使用控制算法更先進的人工智能控制器、模糊PID控制器等。反饋控制是指將系統(tǒng)的輸出信息返送到輸入端，與輸入信息進行比較，并利用二者的偏差進行控制的過程。反饋控制其實是用過去的情況來指導現(xiàn)在和

12、將來。在控制系統(tǒng)中，如果返回的信息的作用是抵消輸入信息，稱為負反饋，負反饋可以使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；若其作用是增強輸入信息，則稱為正反饋，正反饋可以使信號得到加強。在自動控制理論中，反饋控制是信號沿前向通道（或稱前向通路）和反饋通道進行閉路傳遞，從而形成一個閉合回路的控制方法。反饋信號分正反饋'和'負反饋'兩種。為了和給定信號比較，必須把反饋信號轉(zhuǎn)換成與給定信號具有相同量剛和相同量級的信號?？刂破鞲鶕?jù)反饋信號和給定信號相比較后得到的偏差信zido號，經(jīng)運算后輸出控制作用去消除偏差，使被控量（系統(tǒng)的輸出）等于給定值。閉環(huán)控制系統(tǒng)都是負反饋控制系統(tǒng)。反饋控制反饋控制優(yōu)點反饋控制具

13、有許多優(yōu)點。首先它為管理者提供了關(guān)于計劃執(zhí)行的效果的真實信息。此外，反饋控制可以增強員工的積極性。反饋控制反饋控制缺點反饋控制的主要缺點是時滯問題，即從發(fā)現(xiàn)偏差到采取更正措施之間可能有時間延遲現(xiàn)象，在進更正的時候，實際情況可能已經(jīng)有了很大的變化，而且往往是損失已經(jīng)造成了。系統(tǒng)本身的工作效果，反過來又作為信息指導該系統(tǒng)的工作，叫做反饋調(diào)節(jié)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成基本元部件：（1）控制對象：進行控制的設(shè)備或過程。（工作機械）（2）執(zhí)行機構(gòu)：執(zhí)行機構(gòu)直接作用于控制對象。（電動機）（3）檢測裝置：用來檢測被控量，并將其轉(zhuǎn)換成與給定量相同的物理量（測速發(fā)電機）（4）中間環(huán)節(jié)：一般指放大元件。（放大器，可控硅

14、整流功放）（5）給定環(huán)節(jié)：設(shè)定被控量的給定值。（電位器）（6）比較環(huán)節(jié)：將所測的被控量與給定量比較，確定兩者偏差量。（7）校正環(huán)節(jié)：用于改善系統(tǒng)性能。校正環(huán)節(jié)可加于偏差信號與輸出信號之間的通道內(nèi)，也可加于某一局部反饋通道內(nèi)。前者稱為串聯(lián)校正，后者稱為并聯(lián)校正或反饋校正。特點：（1）系統(tǒng)輸出量直接或簡接地參予了對系統(tǒng)的控制作用（2）有負反饋環(huán)節(jié)，并應(yīng)用反饋減小或消除誤差（3）當出現(xiàn)干擾時，可以自動減弱其影響（4）系統(tǒng)可能工作不穩(wěn)定如何實現(xiàn)pid控制：在一些系統(tǒng)中，需要進行PID控制，如一些板卡采集系統(tǒng)，甚至在一些DCS和PLC的系統(tǒng)中有時要擴充系統(tǒng)的PID控制回路，而由于系統(tǒng)硬件和回路的限制需要

15、在計算機上增加PID控制回路。在紫金橋系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)庫提供了PID控制點可以滿足PID控制的聿必而o進入到實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)，新建點時選擇PID控制點。紫金橋提供的PID控制可以提供理想微分、微分先行、實際微分等多種控制方式。進彳TPID控制時，可以把PID的PV連接在實際的測量值上，OP連接在PID實際的輸出值上。這樣，在實時數(shù)據(jù)庫運行時，就可以自動對其進行PID控制。PID參數(shù)的調(diào)整：在PID參數(shù)進行整定時如果能夠有理論的方法確定PID參數(shù)當然是最理想的方法，但是在實際的應(yīng)用中，更多的是通過湊試法來確定PID的參數(shù)。增大比仞系數(shù)P一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在有靜差的情況下有利于減小靜差，但是過大

16、的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有比較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大積分時間I有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，但是系統(tǒng)靜差消除時間變長。本文來自增大微分時間D有利于加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。在湊試時，可參考以上參數(shù)對系統(tǒng)控制過程的影響趨勢，對參數(shù)調(diào)整實行先比例、后積分，再微分的整定步驟。首先整定比例部分。將比例參數(shù)由小變大，并觀察相應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直至得到反應(yīng)快、超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)沒有靜差或靜差已經(jīng)小到允許范圍內(nèi)，并且對響應(yīng)曲線已經(jīng)滿意，則只需要比例調(diào)節(jié)器即可。如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。在整定時先將積分時間設(shè)定到一個比較大的值，然后將已經(jīng)調(diào)節(jié)好的比例系數(shù)略為縮?。ㄒ话憧s小為原值的0.8）,然后減小積分時間，使得系統(tǒng)在保持良好動態(tài)性能的情況下，靜差得到消除。在此過程中，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線的好壞反復(fù)改變比例系數(shù)和積分時間，以期得到滿意的控制過程和整定參數(shù)。如果在上述調(diào)整過程中對系統(tǒng)的動態(tài)過程反復(fù)調(diào)整還不能得到滿意的結(jié)果，則可以加入微分環(huán)節(jié)。首先把微分時間D設(shè)置為0,在上述基礎(chǔ)上逐漸增加微分時間，同時相應(yīng)的改變比例系數(shù)和積分時間，逐步湊試，直至得到滿意的調(diào)節(jié)效果。調(diào)節(jié)器有三種型號：1）當調(diào)節(jié)器