基于LabVIEW的倒立摆控制仿真实验设计

为弥补"自动控制原理"传统实验教学的不足,以一阶直线倒立摆为被控对象,结合虚拟仪器技术,基于LabVIEW软件,设计了倒立摆仿真实验软件。先对倒立摆建立数学模型,然后对系统进行性能分析,再进行控制设计并实现可视化的倒立摆运动仿真。将LabVIEW运用到控制理论实验,仿真真实的控制系统,可辅助实验教学,改善教学质量,提高学生的创新实践能力。     

双容水箱上的几种液位控制实验及被控对象的数学模型

介绍了双容水箱液位控制实验仪的实物系统装置;面向不同的实际背景,设计了几种典型的控制实验,并用机制分析法分别建立了被控对象的数学模型;分析了上述被控对象的能控性和能观性.     

广义预测控制在特殊Wiener型非线性系统的应用研究

广义预测控制是一种基于被控对象参数模型的控制算法,适用于复杂的、数学模型难以精确建立的控制系统。现研究了该算法,并对一个被控对象模型进行了仿真。结果表明,广义预测控制算法响应速度快,无超调,控制效果理想。     

光伏发电系统MPPT固定频率滑模控制

基于光伏电池的数学模型,采用Buck电路作为实现电路,以开关周期平均状态概念为基础,建立光伏发电系统的平均状态数学模型.基于滑模控制理论和光伏电池的工作特性,设计了光伏发电系统最大功率点跟踪固定频率滑模控制器,对控制器的固定频率滑模控制算法采用Lyapunov方法进行了存在性和稳定性分析.在理论分析基础上,对光伏发电系统及固定频率滑模控制器进行了数字仿真和实际物理系统实验.仿真和实验结果表明,所设计的固定频率滑模控制器抖振很小,能很好地实现光伏发电系统最大功率点跟踪,控制算法实用有效.     

基于模型预测内模的实时控制算法

对具有滞后性、外界扰动和被控对象参数不确定性、快速性要求高的一类单输入-单输出线性系统的非恒值实时控制的模型预测内模的控制算法进行了进一步的分析研究.从理论上分析了该控制算法的系统稳定性条件、稳态控制误差,研究了在逆变电源控制系统中,该控制算法对负载的鲁棒性和对扰动的抑制能力.算法仿真表明:该控制算法能够克服外界扰动和被控对象参数不确定性,系统具有较强的鲁棒性,稳态控制精度高,动态响应速度快.     

工业对象模拟实验系统的研制

提出了采用计算机技术设计工业对象模拟系统的工作原理和设计方案，给出了基于该系统的实验环境的构成。工业对象模拟系统可以在没有实际工业被控对象的情况下，为控制装置提供模拟的工业常用被控对象，对控制装置的软硬件设计进行验证。被控对象的工艺流程、工艺参数等可以以图形、表格、曲线、动画的形式形象直观地显示在计算机屏幕上。     

两轮机器人行走机构的建模与实验

研究两轮机器人行走机构的系统组成及数学模型的建立,并进行了仿真和样机实验.行走机构由机械行走装置、姿态监测传感器和控制器组成,左右车轮由2个直流伺服电动机分别驱动,姿态监测使用陀螺仪和倾角传感器.在建立系统结构模型的基础上,利用Lagrange方法建立系统的动力学方程.根据线性系统理论,在Matlab环境下设计了状态反馈控制器,通过仿真验证了系统的稳定性.采用样机进行实际行走控制实验,验证了系统建模和控制器设计的合理性和有效性.     

基于BP神经网络的船舶航向智能PID控制研究

针对船舶航向控制非线性的特性,以船舶航向运动一阶KT模型为研究对象,设计了基于BP神经网络的自整定PID算法航向控制器。将传统PID与BP神经网络结合,对被控对象由BP神经网络进行辨识,给出PID控制参数,由PID控制算法进行控制并优化收敛速度。根据真实渡轮船舶特征参数,利用MATLAB/Simulink仿真软件建立船舶航向运动控制系统模型。仿真结果表明,基于BP神经网络的PID控制系统超调小、鲁棒性好,可长时间稳定工作,几乎无稳态误差,控制算法的实用性以及动态控制系统的优越性得到验证。     

虚实结合的电路原理实验教学模式探索

针对电路原理实验教学模式的弊端,结合案例论述了虚实结合的实验教学模式在电路原理实验教学中的优势。实践表明,基于Multisim仿真的课前预习环节、实物操作的课堂实验环节和课后设计环节构成的虚实结合的实验教学模式培养了学生的动手能力,激发了学生的积极性和创新意识。     

混合选别过程半实物仿真系统

为了满足复杂工业过程控制技术的研究需求,需要建立具有代表性的半实物仿真系统.针对混合选别过程,研发由对象计算机、控制器设计计算机、监控计算机、虚拟执行机构与检测仪表装置和控制系统组成的半实物仿真系统.该系统基于工业控制系统软件开发控制算法,运用MATLAB研发虚拟对象、虚拟执行机构和检测仪表、控制器设计模型,研发了相应的可视化界面.在对象计算机、控制器设计计算机和监控计算机的基础上完成了被控对象机理建模、控制器设计模型参数辨识、控制器设计和控制器性能评价等研究.为复杂控制算法研究进一步工业应用奠定了基础.     

基于组态技术的PLC虚拟仿真系统设计

提出将组态软件用于PLC仿真实验中,分析了用组态软件虚拟PLC被控对象的可行性,给出了仿真程序流程图,设计了以自动售货机为虚拟被控对象的仿真系统,通过计算机全真模拟PLC的控制对象,克服了真实被控对象的缺点.     

电磁阀测试系统综合控制研究

针对电磁阀测试系统中压力、流量等流体被控参数存在复杂、非线性、时变不确定性及一定程度的纯滞后等特点,提出了系统综合控制方案.以油介质电磁阀实验回路为原型,建立了系统数学模型,采用了智能控制综合算法来实现被控参数的精确控制.通过Matlab/Simulink进行了电液联合控制仿真,将仿真结果进行比较,验证了控制算法的有效性;将控制算法引用到电磁阀测试实验中,通过实验结果对比分析,最终确定了适合本系统的最优综合控制策略.     

基于模糊 PID 控制器的电液负载模拟系统

基于传统控制理论建立双马达加载工况下的系统数学模型,分析多余力矩的产生机理和特性,并以被控对象的速度为观测量,提出基于结构不变性原理的速度前馈补偿．针对常规PID控制器无法解决系统非线性和参数时变性等问题,设计了以系统的误差和误差变化率为输入量的模糊PID控制器．仿真结果表明：速度前馈补偿克服了近97％的多余力矩;模糊PID控制器能较好地改善系统在高频段的控制性能．     

一阶惯性延时系统的免分析建模法——MATLAB在大林算法建模仿真中的应用

利用MATLAB软件对一阶惯性延时系统免分析建模.通过对实际被控对象施加阶跃激励可获得实际系统的阶跃响应数据,利用MATLAB软件的“fminsearch”命令可方便地求得与实际数据有最小均方差的响应曲线数学表达式,通过变换运算得到被控对象的传递函数Gp(Z).根据大林(Dahlin)控制算法理论,先设定期望的闭环系统函数Φ(Z),由此二函数便可得到控制器的函数Gc(Z).利用MATLAB中的SIMULINK工具建立仿真模型,通过对此模型的仿真运行,便可得到控制器的最佳参数.     

基于Matlab和Simulink的直线运动系统参数辨识实验

系统参数辨识是控制系统分析、设计的重要依据。针对直线运动控制系统设计了参数辨识实验。建立了被控对象的数学模型,使用Simulink软件开发了基于正弦扫频信号的系统参数辨识方案。通过自动代码生成技术,将系统辨识程序下载到运动控制卡上进行模型参数辨识实验,并连续记录实验数据。在Matlab环境下,利用多元线性回归函数进行模型参数辨识。采用Simulink对辨识的模型的动态特性进行控制仿真,并与实验结果进行对比。实验表明,基于Matlab和Simulink的直线运动控制系统参数辨识实验操作简便、可靠,有利于学生加深对模型辨识理论的理解并提高工程应用能力。     

基于智能融合的油田注水系统控制策略

为解决油田开发导致地层能量失衡,提出了一种向地层注水的智能融合控制策略。分析了油田地层能量系统的控制论特性,对比研究和提出了基于仿人智能融合的控制策略,构造了地层注水能量平衡的控制模型和控制算法。文中以二阶加时延的过程模型为例,鉴于被控过程大滞后等特点,采用两种控制策略分别作了数字仿真实验,对比系统响应曲线可知,基于智能融合的策略在控制品质方面有明显的优势,控制精度高,稳定性好。系统仿真结果表明,该融合控制策略无须建立数学模型,控制算法鲁棒性强,对油田地层复杂对象控制是一种好的控制策略。     

无模型映射学习控制算法的研究

提出一种基于无穷级数映射的无模型学习控制算法，将往复运动的复杂非线性控制问题映射为傅里叶空间内有限个调节器设计问题，与一般基于被控对象模型的控制算法相比较，该方法无需巳知系统的内部结构与参数，而仅需了解系统的实际输入输出及系统的期望输出，是往复运动精确轨迹跟踪的一种较为理想的控制算法，给出了算法的推导及其收敛性的理论证明，并给出了仿真结果。     

基于RBF神经网络的弧焊机器人轨迹跟踪控制方法

针对目前弧焊机器人的控制算法大多是基于关节空间的算法,而这种算法无法实现对机械臂末端位置的直接控制的问题,提出了基于笛卡尔空间的轨迹跟踪控制算法.首先运用RBF(radical basis function)神经网络技术对实际机械臂数学模型的建模误差和参数不确定性进行补偿,接着定义Lyapunov函数并运用HJI(Hamilton-Jacobi inequality)定理设计基于笛卡尔空间的机器人鲁棒控制器.在此基础上以二自由度机械臂为被控对象进行仿真研究,仿真结果表明,基于笛卡尔空间算法的轨迹跟踪控制算法误差小于基于关节空间的控制算法,在基于笛卡尔空间的控制算法的仿真中末端轨迹跟踪误差小于0.08 mm,神经网络能够有效地在线学习机器人的建模误差和参数不确定性.     

基于解耦算法的实验用三容水箱液位控制

介绍了三容水箱系统实验装置的结构及原理,建立了三容水箱系统的数学模型,利用非线性解耦原理设计了解耦控制器,并对对典型工作状态时液位进行了控制,实验结果证明解耦控制算法是有效的.     

轧机液压伺服位置系统的无模型自适应控制

针对轧机液压伺服位置系统存在参变量多、强耦合等非线性因素,难以建立系统精确数学模型的问题,将无模型自适应控制算法应用于轧机液压伺服位置系统中;该算法仅使用被控系统的在线或离线输入/输出(I/O)数据便可完成控制器的设计,无需任何系统数学模型信息,以解决传统控制算法对数学模型的依赖性问题。MATLAB仿真结果表明,无模型自适应控制算法具有更快的收敛速度和更小的稳态误差,并且对扰动的鲁棒性更好。