单输入控制系统极点配置与LQ最优控制加权矩阵关系的研究

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1、武汉科技大学本科毕业设计本科毕业设计题目：单输入控制系统极点配置与LQ最优控制加权矩阵关系的研究学院:信息科学与工程学院专业:自动化学号:201104134204学生姓名:指导教师:日期:二〇一五年六月18武汉科技大学本科毕业设计目录1绪论11.1课题研究的背景及意义11.2时滞温度控制系统国内外的发展状况11.2.1时滞温度控制系统国外的发展状况11.2.2时滞温度控制系统国内的发展概况21.3论文的总体结构22PID控制原理32.1PID控制器基本概念32.2模拟PID控制介绍42.3数字PID

2、控制介绍52.4PID回路指令62.5PID参数整定72.5.1经验法72.5.2Z-N法82.5.3PID参数自整定93硬件设计103.1PLC的定义及特点103.1.1PLC的定义103.1.2PLC的特点103.2PLC的基本结构123.2.1PLC的基本组成123.2.2PLC各组成部分的作用123.3PLC的工作原理143.4温度传感器173.4.1热电偶173.4.2热电阻184系统设计194.1设计思路194.2史密斯预估的引用194.2.1史密斯预估补偿的原理194.2.2纯滞后补偿

3、控制算法步骤2118武汉科技大学本科毕业设计4.3设计流程图224.4I/O地址分配、内存分配地址及PID回路指令234.5PID输入标准化及输出转换244.5.1输入标准化244.5.2输出转换255程序设计265.1主程序OB1265.2子程序0275.3中断程序285.3.1将测量值进行归一化处理285.3.2计算设定温度与测量温度的差值285.3.3决定焦炭的加入量286仿真306.1常规PID控制306.2史密斯预估控制30结束语32参考文献33致谢3418武汉科技大学本科毕业设计18武汉

4、科技大学本科毕业设计18武汉科技大学本科毕业设计18武汉科技大学本科毕业设计1绪论1.1课题研究的背景及意义20世纪50年代，随着现代化生产的发展需要，特别是空间方面技术的发展，被控系统一天天越发复杂，人们对控制系统的需求越来越高。于是，那些建立在传递函数、频率特性基础上的经典控制理论方面的东西，正不断暴露出它的局限性，已越发不能满足人们对于现代控制的需求。系统所要求的品质指标，如时间、成本或综合性能指标，取极值直至最优的控制方法因为现代化生产的发展而成为控制理论与工程应用的关键性问题。现代化生产方

5、面迫切要求控制理论尤其最优控制方面有更进一步的发展。早在20世纪50年代的时候，就有用工程观点研究最短时间控制问题的论文，为最优控制理论的发展衍变提供了第一批实际的模型。通过最优控制问题的严格数学表达式的建立，更因为空间方面技术的迫切需要，越发多的学者和工程技术人员致力于这一领域的研发。20世纪50年代末维纳等人发表论文，首次提出信息、反馈和控制等概念，为最优控制理论的诞生和发展奠定了稳定的基础。我国著名的学者钱学森在1954年编著的《工程控制论》更是直接促进了最优控制理论的发展。美国著名学者贝尔曼

6、作出的“动态规划”和原苏联著名学者庞特里亚金提出的“最大值原理”就是在最优控制理论的形成和发展过程中，最具有开创性的研究成果，并开辟了求解最优控制问题方面的新途径。由于数字计算机的飞速发展和完善，逐步形成了最优控制理论中的数值计算法，参数优化方法。当性能指标比较复杂或者不能用变量或函数表示时，可以采用直接搜索法，经过若干次迭代，都所到最优点。常用的方法有邻近极值法、梯度法、共轭梯度法及单纯形法等。同时由于可以把计算机作为控制系统的一个组成部分，以实现在线控制，从而使最优控制理论的工程实现成为现实。因

7、此，最优控制理论提出的求解方法，既是一种数学方法，又是一种计算机算法。近年来，最优控制理论的研究，无论在深度和广度上，都有了较大的发展，已成为系统与控制领域最热门的研究课题之一，取得了许多研究成果。同时，也在与其他控制理论相互渗透，出现了许多新的最优控制方式，形成了更为实用的学科分支。例如随机系统的最优控制、鲁棒最优控制、分布参数系统最优控制等等。18武汉科技大学本科毕业设计最优控制，就是在一定的具体条件下，在完成所要求的控制任务时，系统的某种性能指标具有最优值。根据系统的不同用途，可提出各种不同的

8、性能指标。目前最常用的性能指标是用积分判据表示的，常称为代价函数。最优控制，又称无穷维最优化或动态最优化，是现代控制理论的最基本，最核心的部分。它所研究的中心问题是：如何根据受控系统的动态特性，去选择控制规律，才能使得系统按照一定的技术要求进行运转，并使得描述系统性能或品质的某个“指标”在一定的意义下达到最优值。最优控制问题有四个关键点：受控对象为动态系统；初始与终端条件（时间和状态）；性能指标以及容许控制。以线性二次型性能指标为基础的最优控制问题是20世50年代末期