第六章多变量控制系统资料

第六章控制系统仿真控制系统仿真一般采用如下两种形式进行仿真分析：针对单输入—单输出系统的信号流图形式面向多输入—多输出系统的状态空间形式控制系统仿真的主要研究内容是通过系统的数学模型和计算方法，编写程序运算语句，使之能自动求解各环节变量的动态变化情况，从而得到关于系统输出和所需要的中间各变量的有关数据、曲线等，以实现对控制系统性能指标的分析与设计。

一般地来说，实现控制系统的仿真有以下几个步骤：1、根据建立的数字模型以及计算机精度和时间等要求，确定采用的数值计算方法；2、将数学模型按算法要求通过分解、综合、等效变换等方法转换成适于在计算机上运行的公式、方程等；3、用合适的开发语言进行算法编程和实现；4、通过上机运行调试，不断加以改进，使之正确反映系统各项动态性能指标，并得到理想的仿真结果。

围绕以上步骤，控制系统仿真近年来不断发展，不断更新，基于MATLAB语言开发的专门应用于控制系统分析与设计的工具箱，对控制系统仿真技术的发展及应用起到巨大的推动作用。

本章主要是围绕着控制系统仿真实现的问题，研究仿真的几种常用方法，主要包括：基于状态空间法的系统仿真、非线性系统的仿真以及离散系统的仿真，并重点阐述了Simulink动态仿真软件的操作与应用。

希望通过本章的学习使大家能够较系统地了解目前控制系统仿真领域的研究方法和实现手段，并从中掌握基本的系统仿真实现的技巧和能力。

6.1 状态空间法系统仿真控制系统的动态模型经常是转化成以状态方程的形式给出的，一般采用四阶龙格-库塔数值积分方程算法进行求解与分析仿真，这就是状态空间法仿真的基本方法。

一、四阶龙格-库塔（Runge-Kutta）法闭环控制系统最常见的两种描述方式为：传递函数法和状态空间法，而且这128两种方法之间可以相互转换。

如果系统是由传递函数来描述的，则应用？？的转换方法，可以方便地将传递函数表达式转换成状态空间表达式。

已知系统的状态方程为：=+=Cxy Bu Ax x（6-1）其中A 、B 、C 为系统的系数矩阵，由式（6-1）可知系统为一阶微分方程组的矩阵表达式，因此采用四阶龙格-库塔法进行求解和仿真，其求解步骤和方法如下：1、由Bu Ax x+= ，可知Bu Ax x t f +=),(； 2、根据四阶龙格-库塔法的递推公式：++++=++=++=++==+)22(6),()2,2()2,2(),(43211n 3423121k k k k h x x hk x h t f k k h x h t f k k h x h t f k x t f k n n n n n n k n n （6-2）其中，k ，k ，k 为对应n 维状态空间变量的四组导数，每组为n 维列向量。

自动控制原理第六版简介《自动控制原理第六版》是由XXX编写的一本介绍自动控制原理的教材。

本书以系统理论和控制工程为基础，深入浅出地介绍了自动控制的基本原理和方法。

本文档将对本书的主要内容进行概述并提供一些学习上的建议。

内容概述该教材共分为X个章节，涵盖了自动控制原理的基本概念、数学模型、传递函数、稳定性分析、校正器设计、PID控制器等内容。

下面将对每个章节的主要内容进行简要介绍。

第一章：概述本章主要介绍了自动控制的概念、分类和应用领域。

首先阐述了自动控制的基本定义和目标，接着介绍了控制系统的分类和基本组成部分。

最后，给出了一些自动控制在实际应用中的例子，为后续章节的学习打下基础。

第二章：数学模型数学模型是自动控制的基础，本章主要介绍了常见的数学模型，包括微分方程模型和传递函数模型。

讲解了如何根据实际问题建立相应的数学模型，并介绍了数学模型的重要性和应用。

第三章：传递函数与频率特性传递函数是描述控制系统的重要工具，本章重点介绍了传递函数的定义、性质和应用。

同时，对控制系统的频率特性进行了深入讲解，包括Bode图、幅频特性、相频特性等。

第四章：稳定性分析稳定性是自动控制系统设计的核心目标，本章主要介绍了稳定性分析的基本概念、判据和方法。

详细讲解了如何通过根轨迹法和Nyquist准则来确定系统的稳定性，并给出了稳定性分析实例。

第五章：校正器设计校正器是控制系统中用于改善系统性能的重要工具，本章主要介绍了校正器的设计原理和方法。

阐述了比例校正器、积分校正器和微分校正器的作用和设计步骤，并给出了校正器设计的实际应用案例。

第六章：比例-积分-微分控制器比例-积分-微分（PID）控制器是自动控制中最常用的控制器之一，本章重点介绍了PID控制器的原理和调节。

详细讲解了PID控制器的参数调节方法和实际应用技巧，并给出了PID控制器的设计与调节案例。

其他章节除了以上主要章节外，本书还包括了一些关于先进控制方法（如模糊控制和自适应控制）和多变量控制的内容。

化工过程控制（化学工程与工艺专业）(Process Control of Chemical Engineering)目的和要求本课程系统阐述化工过程控制的基本理论和仪表及计算机及网络控制技术，并介绍目前在化工过程中行之有效的各种复杂控制系统和先进控制系统，同时介绍针对各类复杂的化工过程，如时延，时变，多变量等过程的解决方案。

重点不在控制系统的设计，而着眼于各类控制系统设计思路和特点及其要解决的问题。

配套的过程控制仿真实验课件涵盖全部教学内容，通过多媒体演示和网络交互虚拟实验，系统的介绍过程控制理论和实施问题，培养学生分析与解决实际应用问题的能力。

为适应过程控制的发展需求，提高我国的过程控制系统的实施水平，教学内容将大大加强，即不是仅学点仪表自动化知识，而是系统的学习控制论的基本思想和分析方法以及过程控制的基本概念。

要求学生了解各种典型工业过程特性及相应的控制策略，并亲自动手进行仿真实验，学习过程控制系统实施方法，着重实际问题的解决，培养即懂工艺，又懂工业控制的边缘人才。

基本内容及学时分配该课程总学时为54学时，具体内容及学时分配如下：主体内容（54学时）第一章：绪论――过程控制系统概述（2学时)介绍过程控制要求，主要性能指标和过程控制系统的基本组成。

并介绍过程控制系统的发展趋势。

第二章：过程数学描述和基本分析方法（8学时）鉴于工艺类学生缺乏控制理论基础，本章将集中介绍控制理论的基本知识，包括过程频域模型（传递函数）和时域模型（状态空间方程），离散模型及脉冲响应，模型之间的关系和转换，过程模型求解、控制系统稳定性、可控性和可观性理论。

第三章：过程信息检测及处理（6学时）本章将简要介绍工业过程中主要操作变量，如温度、压力、流量、液位的测量方法。

及测量信号的滤波处理。

第四章：过程控制系统的硬件实现（4学时）本章简要介绍各类硬件系统，包括仪表系统，DDC控制，DCS系统和现场总线系统。

第五章：典型过程控制（14学时）本章为课程重点。

目录第一章自动控制系统的基本原理第一节控制系统的工作原理和基本要求第二节控制系统的基本类型第三节典型控制信号第四节控制理论的内容和方法第二章控制系统的数学模型第一节机械系统的数学模型第二节液压系统的数学模型第三节电气系统的数学模型第四节线性控制系统的卷积关系式第三章拉氏变换第一节傅氏变换第二节拉普拉斯变换第三节拉普拉斯变换的基本定理第四节拉普拉斯逆变换第四章传递函数第一节传递函数的概念与性质第二节线性控制系统的典型环节第三节系统框图及其运算第四节多变量系统的传递函数第五章时间响应分析第一节概述第二节单位脉冲输入的时间响应第三节单位阶跃输入的时间响应第四节高阶系统时间响应第六章频率响应分析第一节谐和输入系统的定态响应第二节频率特性极坐标图第三节频率特性的对数坐标图第四节由频率特性的实验曲线求系统传递函数第七章控制系统的稳定性第一节稳定性概念第二节劳斯判据第三节乃奎斯特判据第四节对数坐标图的稳定性判据第八章控制系统的偏差第一节控制系统的偏差概念第二节输入引起的定态偏差第三节输入引起的动态偏差第九章控制系统的设计和校正第一节综述第二节希望对数幅频特性曲线的绘制第三节校正方法与校正环节第四节控制系统的增益调整第五节控制系统的串联校正第六节控制系统的局部反馈校正第七节控制系统的顺馈校正第一章自动控制系统的基本原理定义：在没有人的直接参与下，利用控制器使控制对象的某一物理量准确地按照预期的规律运行。

第一节控制系统的工作原理和基本要求一、控制系统举例与结构方框图例1．一个人工控制的恒温箱，希望的炉水温度为100C°,利用表示函数功能的方块、信号线，画出结构方块图。

图1人通过眼睛观察温度计来获得炉内实际温度，通过大脑分析、比较，利用手和锹上煤炭助燃。

比较图2例2．图示为液面高度控制系统原理图。

试画出控制系统方块图和相应的人工操纵的液面控制系统方块图。

解：浮子作为液面高度的反馈物，自动控制器通过比较实际的液面高度与希望的液面高度，调解气动阀门的开合度，对误差进行修正，可保持液面高度稳定。

质量管理中的六西格玛工具与方法第一章介绍质量管理是现代企业管理不可或缺的一部分，而六西格玛是优秀企业对于质量管理的重要手段之一。

本文将详细介绍六西格玛工具与方法在质量管理中的应用，以及六西格玛如何持续提升企业的质量水平。

第二章 DMAIC工具DMAIC是六西格玛应用最广泛的工具，在质量管理中具有十分重要的作用。

DMAIC指的是：定义（Define）、衡量（Measure）、分析（Analyze）、改进（Improve）和控制（Control）这五个步骤。

DMAIC工具的使用，使质量管理更加具体化、科学化，可以使企业达到更高的质量水平。

第三章多变量分析工具多变量分析工具是六西格玛中的一项非常重要的技术。

多变量分析技术主要涉及到多个品质特性的分析。

企业可以根据多变量分析工具的结果，有针对性地制定有关品质改进的计划，提高质量水平。

此外，多变量分析工具还可以帮助企业确定生产过程中哪些因素是对最终结果产生影响的主要来源，从而改进这些因素，提升品质。

第四章测量系统分析工具测量系统分析工具是六西格玛的一个重要组成部分，旨在评估质量管理过程中使用的测量系统是否有效。

测量系统分析工具可以帮助企业确定测量系统的准确性、重复性、可靠性和稳定性等特征，进而提升测量系统的质量，降低误差，提高质量水平。

第五章柏拉图图柏拉图图是六西格玛中的一种工具，它可以以图表的形式展示出问题的发生频率和问题的重要性，对于管理者来说是一个非常好的决策工具，可以帮助企业合理地安排资源，同时更加深入地了解问题所在，从而为问题的解决提供有力帮助。

第六章特性板块分析法特性板块分析法是六西格玛中的一种非常有效的数据分析工具，它通过对过程产生的向量图案进行分析，找出造成问题的根本原因，从而采取相应的改进措施，提高质量水平。

与其他数据分析方法相比，特性板块分析法具有更高的准确性和实用性。

第七章总结通过本文的介绍，可以看出六西格玛工具与方法在质量管理中的应用非常广泛，不仅可以帮助企业提高质量水平，而且也可以提高企业的管理效率和经济效益。

第一章Deltav概述本章主要介绍以下内容: Deltav系统架构, Deltav组态软件, Deltav系统容量,PlantWeb.1. Deltav系统架构主要有以下三部分:工作站,交换机和控制器三部分,复杂的Deltav 里就是一个系统里有多个工作站,交换机和交换机.一个Deltav控制网络最多可以带120个节点或者100个控制器或者65个工作站. Deltav I/O 接口有2宽电源/控制器底板和8宽I/O接口底板。

下面是I/O卡件的接线端子。

2．DeltavI/O卡件类型：DI卡, DO卡, AI卡, AOI卡,这里卡的类型基本都是按照通道的数量来分的,有的也是按照通道是否可以单独定义分的.3. Deltav系统的电源输入是24VDC或12VDC.电源卡件给控制器提供5VDC,为I/O卡件提供的是12VDC.4. Deltav系统容量:最多120个节点,最多65台任何类型的工作站,1台主工程师站,最多10台工程师站,最多59台操作站,最多20台应用站,每台主工程师站或操作站最多支持15台远程客户机,最多100个单独/冗余控制器,30000DST,最多25000SCADA位号,每个MX控制器最多支持1500个DSTs.每个MD Plus控制器最多支持750个DSTs,15000个高级单元管理DSTs.5. DST设备标签授权:接线到端子板的每个仪表需要一个DST.它的级别由高到低为:AO-AI-DO-DI.高级别的可以替换低级别的.6. Deltav组态软件: Deltav Control Studio, Exploring Deltav, Deltav Operate(Configure)和Deltav Operate(RUN)和诊断的软件等几种常用的组态软件.7.对于控制器的识别:我们在 Exploring Deltav软件中在Physicao Network s这个选项,右击属性,我们可以看到有个Flash lights选项,我们在这个选项前面选中,对于的控制器灯就会1s的间隔闪烁,我们要是选中Stop flashing的话,对应的控制器等就会停止闪烁,这样我们就可以找到这个系统对应的控制器了.8.接下来我们还是在Exploring Deltav软件中在Physicao Network中找到Decommissioned Nodes这个选项下投用控制器,还可以在控制器的属性里设置冷启动时间.第二章仿真练习1.在Exploring Deltav界面下,在Control Strategies树形图下,给已有厂区进行重命名和新建一个厂区.按照s88协议一个厂区总共5层，但是我们实际的工作中除了是batch项目外，我们都只有两层：Area和Control Module。

6.1问题：假如我们有一个截面数据，内容是一些病人在一些诊所就诊的记录，比如病人信息和诊所ID。

我们还有一个表，内容是每个诊所对应的地区编号。

我们怎么把表二中的地区编号和表一中的每个诊所联系起来，或者说如何将两张表整合到一起？比较二的方法：用if条件筛选，逐个代换。

P118有介绍核心知识点：merge命令的使用主键一对多情况下的数据整合其中作为主键的clinicid 在表一中并不是唯一确定的观测值不能简单的1:1匹配合并这时就需要用到1：m或m：1use 表一merge m:1 主键using 表二(此处为m:1是因为表一中clinicid有重复)结果为:备注：关于新版和旧版命令的区别：一是语法区别，旧版是merge 主键using 表二, uniqusing. 其中uniqusing是用来确定唯一观测值的，新版省掉了。

二是新版不用先对主键排序才能合并，而旧版命令必须排序。

m:m即表一和表二中主键clinicid都不唯一。

语法为merge m:m 主键using 表二6.2问题:很多数据源提供的数据适用于展示但不适用于分析处理,如何将其转换成我们所需要的形式核心知识点: reshape命令的使用reshape 命令是stata提供的重要的数据管理工具之一。

如果我们想要调整你现有数据的结构，就要熟悉reshape的两个功能：一是变宽，一是变长。

具体讲，可能是把某种数据变成时序数据、或者是把时序数据变成某种数据。

有时候问题比较麻烦，我们需要对数据进行两次reshape，才能调整到我们想要的结果。

举例：将表一变成表二形式表一有四个变量，分别是country,tradeflow, Yr1990, Yr1991.其中tradeflow是作为一个变量主体，分为imports和exports，而1990和1991的贸易流是作为两个并列的变量主体。

我们要把它转成面板数据，分两步。

第一是Yr1990和Yr1991改成时间序列，tradeflow暂时不变。