基于大林算法的温度控制系统设计

计算机控制技术课程设计2015/2016学年第二学期设计课题：基于大林算法的电路温度控制系统的设计专业：__ __班级： __ _学号：___ _______姓名：_______ _ _____2016年5月目录第一章课题简介 (1)1.1课题的目的 (1)1.1.1 本机实现的功能 (1)1.1.2 扩展功能： (1)1.2课题的任务及要求 (1)第二章系统方案设计 (2)2.1 水温控制系统的总体介绍 (2)2.2 系统框图 (2)2.3 闭环系统的工作原理 (2)第三章系统硬件设计 (3)3.1 系统原理图 (3)3.2 单片机最小系统设计 (3)第四章大林控制算法设计 (5)4.1 大林控制算法原理： (5)4.2 控制器的设计及公式推导过程 (6)4.3 采样周期的选择： (7)第五章水温控制系统的仿真 (7)5.1振铃现象 (7)5.2 Matlab仿真 (9)5.2 大林算法控制系统编程设计： (10)5.3各模块子程序设计 (11)5.3.1主程序设计 (11)5.3.2读出温度子程序 (12)5.5.3数码管显示模块 (13)5.5.4温度处理程序 (14)第六章小结与体会 (15)第七章参考文献 (16)第八章附录 (17)第一章课题简介1.1课题的目的1.1.1 本机实现的功能（1）利用温度传感器采集到当前的温度，通过AT89S52单片机进行控制，最后通过LED数码管以串行口传送数据实现温度显示。

（2）可以通过按键任意设定一个恒定的温度。

（3）将水环境数据与所设置的数据进行比较，当水温低于设定值时，开启加热设备，进行加热；当水温高于设定温度时，停止加热，从而实现对水温的自动控制。

（4）当系统出现故障，超出控制温度围时，自动蜂鸣报警。

1.1.2 扩展功能：（1）具有通信能力，可接收其他数据设备发来的命令，或将结果传送到其他数据设备。

（2）采用适当的控制方法实现当设定温度或环境温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。

引言随着现代科学技术水品格发展，与其是近年来，电力工业的迅速发展，工业电阻炉尤其是钟罩式真空电阻炉越来越受人们的青睐。

工业钟罩式真空电阻炉是一种重要的热处理设备，它能使被加热零件脱气、脱氧、脱硫，以及能使有害杂质蒸发分离，避免零件氧化污染，而且它的温度容易调节，相对其它电阻炉来讲热惯性小升温时间短，它在工业中被广泛采用。

他一般具有较大的时间常数和一定的纯滞后时间，且滞后时间比较长，我们知道这样的系统村不利于现代化工业生产自动化水平提高，不利于产品质量和生产效率的提高。

但是一般来讲，对这样的系统在工业生产中要求没有超调量或超调量很小，调节时间希望在确定的采样时间内结束（虽然也希望尽快结束过渡过程，但是这是第二位的）。

因此超调试主要的设计目标，用一般的控制系统设计方法是不行的，用模拟仪表控制算法效果也欠佳。

IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。

它具有良好的效果，采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，可做到小超调小稳态误差。

控制效果比较理想。

对工程实际应用具有很大的意义。

第一章钟罩式真空电阻炉1.1钟罩式真空电阻炉钟罩式真空电阻炉所谓钟罩式系指炉膛位于工作台面以上，钟罩可以升降，由侧面装卸工件，所以又称侧装式。

图1-1所示为双位钟罩式真空炉。

这种型式的炉子其加热器有两种安装方式：一种是装在钟罩内，随钟罩升降，这时，固定在炉盖上的电极汇流排5也要随盖运动。

另一种是固定在静止的台面板上，电极汇流排需从机架下方引入。

钟罩式真空电阻炉的基本参数见表1-1所示。

图1-1 双位钟罩式真空电阻炉1-机架；2-真空系统；3-观察孔；4炉体；5-汇流排；6-电气部分；7-变压器；8-升降机构。

表1-1 钟罩式真空电阻炉的基本参数（SJ861-74）最高温度（℃）炉膛尺寸（工位直径高）（毫米）热态真空度（毫米汞柱）额定功率及相数恒温区尺寸及温差功率（千瓦）相数恒温区尺寸（沿高度方向）（毫米）温差（℃）100030020025101103 100 20350250215130030020025101153 100 203502502201.2钟罩式真空电阻炉的结构1.2.1钟罩式真空电阻炉的隔热屏隔热屏是一种炉衬形式，常用于周期作业真空电阻炉，其特点是热惯性很小而透热性很大。

大林算法在温度控制中的应用.ppt————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：引言随着现代科学技术水品格发展，与其是近年来，电力工业的迅速发展，工业电阻炉尤其是钟罩式真空电阻炉越来越受人们的青睐。

工业钟罩式真空电阻炉是一种重要的热处理设备,它能使被加热零件脱气、脱氧、脱硫，以及能使有害杂质蒸发分离,避免零件氧化污染,而且它的温度容易调节，相对其它电阻炉来讲热惯性小升温时间短，它在工业中被广泛采用。

他一般具有较大的时间常数和一定的纯滞后时间，且滞后时间比较长，我们知道这样的系统村不利于现代化工业生产自动化水平提高，不利于产品质量和生产效率的提高。

但是一般来讲，对这样的系统在工业生产中要求没有超调量或超调量很小，调节时间希望在确定的采样时间内结束(虽然也希望尽快结束过渡过程，但是这是第二位的）.因此超调试主要的设计目标，用一般的控制系统设计方法是不行的,用模拟仪表控制算法效果也欠佳。

IBM公司的大林于1968年提出一种针对工业生产过程中含有纯滞后的控制对象的控制算法，即大林算法。

它具有良好的效果,采用大林算法的意义在于大林控制算法能在一些具有纯滞后环节的系统中兼顾动静两方面的性能，可做到小超调小稳态误差。

控制效果比较理想。

对工程实际应用具有很大的意义。

第一章钟罩式真空电阻炉1。

1钟罩式真空电阻炉钟罩式真空电阻炉所谓钟罩式系指炉膛位于工作台面以上，钟罩可以升降，由侧面装卸工件，所以又称侧装式。

图1—1所示为双位钟罩式真空炉。

这种型式的炉子其加热器有两种安装方式:一种是装在钟罩内，随钟罩升降，这时，固定在炉盖上的电极汇流排5也要随盖运动.另一种是固定在静止的台面板上,电极汇流排需从机架下方引入。

钟罩式真空电阻炉的基本参数见表1-1所示。

图1—1 双位钟罩式真空电阻炉1-机架；2—真空系统；3-观察孔；4炉体;5-汇流排；6—电气部分；7—变压器;8-升降机构。

实验四 复杂规律数字控制器的设计----DALIN 算法用于温度控制实验预习报告一、实验目的：1．理解具有纯滞后的温度控制系统的数学模型和工作特点；2．理解DALIN （大林）算法工作原理并掌握控制器参数对系统性能的影响；3．能够运用MA TLAB/Simulink 软件对控制系统进行正确建模并对模块进行正确的参数设置； 4．掌握计算机控制仿真结果的分析方法。

二、实验工具：MA TLAB 软件（6.1以上版本）。

三、实验内容：1．实验原理图1 单回路温度控制系统图1中：D (z )为数字调节器传递函数；A/D 环节近似为一采样开关；0()H s 为D/A 环节传递函数，采用零阶保持器；0()G s 为温度被控对象函数，此环节可近似认为是一个纯滞后一阶惯性环节，所以系统是一个具有零阶保持器的单变量调节系统。

根据大林算法的控制原理，将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯迟延，然后反过来得到能满足这种闭环响应的控制器。

设图1所示单回路温度控制系统中，0()G s 为被控对象，()D z 为大林控制器，闭环控制系统传递函数为00()()()()()1()()D z G z Y z W z R z D z G z ⋅==+⋅，则有0()1()()()()1()U z W z D z E z G z W z ==⋅−，由此我们可知，如果能事先设定系统的闭环响应()W z ，则可得控制器()D z 。

2．实验设计假定被控对象为：0.760()0.41se G s s −=+，采样时间为0.5s ，期望的系统闭环传递函数为：0.76()0.151se W s s −=+，其中0.15s 为校正后闭环系统的时间常数。

为便于比较，可取M=1时采用大林控制算法；M=2时采用普通PID 控制算法（ 1.0,P K = 0.50,I K = 0.10D K =）。

运用MA TLAB 软件使用大林算法及PID 算法分别对一阶惯性纯滞后温度系统进行控制，并分析两种算法的优缺点。

大林算法控制系统设计-V1"大林算法控制系统设计"是一种根据数据驱动的算法控制系统设计方法，它可以在系统设计和控制中利用数据，自动优化系统的运行效率和性能表现。

该算法的设计思想是，通过观察和分析系统内的数据集，从中提取出规律和特征，然后再利用这些数据，通过数学运算得到最优解，在系统设计的各个环节中实现自动化的控制。

下面分几个方面分别介绍大林算法控制系统设计的内容：1. 数据采集和分析大林算法控制系统的第一步是数据的采集和分析。

该系统通过采集内部的数据集，并运用统计学和机器学习的算法进行分析，从而得到更多的数据。

2. 数据的预处理和清洗得到数据后，需要进行数据的预处理和清洗。

这意味着去除噪点、缺失值和异常值，以及对数据进行归一化、标准化和编码等处理。

3. 特征抽取在对数据进行预处理和清洗后，需要进行特征抽取。

这一步是将复杂的数据集精简成简单的特征集合。

特征抽取可以通过多种算法进行实现，例如主成分分析、线性判别分析和单纯可分分类器等。

4. 模型的训练和调整经过特征抽取后，就可以开始模型的训练和调整了。

这个过程需要基于生成算法、决策树、神经网络和支持向量机等算法来实现。

5. 模型的运用和控制最终，经过训练和调整后的模型就可以在控制系统中得到应用和控制了。

通过不断的数据收集和分析，以及对模型的调整和优化，可以不断地提高系统的性能表现和运行效率。

总的来说，大林算法控制系统设计的目的是通过对系统内部的数据进行采集、分析、预处理和清洗、特征抽取、模型的训练和调整、以及模型的应用和控制，实现自动化的控制和优化。

是一种利用数据驱动的算法控制系统设计方法，能够大大提高系统的运行效率和性能表现。

第 4 章振铃现象及扰动分析 4.1 振铃现象如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。

这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。

根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。

信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。

大多数芯片的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB 走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。

此次大林算法控制仿真中并未出现振铃现象。

4.2 扰动下的系统性能分析如图 5-1 所示，在正弦扰动信号下分析系统性能变化情况，正弦扰动信号幅值设置为 100。

图4-1 正弦扰动信号下的大林控制算法的 Simulink 仿真方框图图 4-2 正弦扰动信号下的大林控制算法的 Simulink 仿真图如上图所示，在正弦扰动信号下，电阻炉温度控制系统将不维持稳定状态，出现振荡现象。

第 5 章课程设计心得本文首先介绍了电阻，进而介绍其控制系统的优缺点，导出大林算法和 PID 控制器及其算法。

从而引出我们对这两种控制算法的理解和仿真具有重大意义，介绍了这两种控制技术的发展历史和研究进展。

进而提出什么是大林算法，什么是 PID 控制算法、控制算法的基本结构。

通过网上资料找到了大林算法的定义及由来，找到普通 PID 控制算法。

在学习的基础上，自定义了自由导入参数来查看其波形图。

并进行了在同参数的情况下，对大林算法和 PID 控制器算法进行对比。

本次课程设计的控制方法知识规则的推理都大部分借助计算机程序，因此对这种控制器的开发需要有比较专业的计算机语言，在这里用到的 MATLAB 语言以及所属的 Simulink 仿真控件。

我觉得课程设计是一个很好地检测我们的学完一门课程的实践活动，每完成一次课程设计，我都对相应的课程有更加深刻的理解，并且自己的动手能力、实践能力都得到一定的提升。

这次的计算机控制技术课程设计也一样，经过这次的实践，我体会良多！这次的计控课程设计时间不多，老师的面对面指导也不多，因为时间较紧，所以这次的课程设计比以前的课程设计更加具有挑战性。

大林算法控制系统设计(1)大林算法控制系统设计随着科学技术的不断进步，控制系统的应用范围日益扩大，大林算法控制系统因其独特的优势，在工业生产领域得到广泛应用。

本文将从以下几个方面，对大林算法控制系统进行介绍和分析。

1.大林算法控制系统的原理与特点大林算法是一种基于神经网络的自适应控制算法，其核心思想是通过训练神经网络，不断修正和优化神经网络的权值和阈值，从而实现控制系统的自适应和优化控制。

大林算法控制系统具有以下几个特点：（1）适应性强：大林算法控制系统具有良好的自适应能力，能够根据控制对象的变化，自动调整控制策略，实现更加精确的控制效果。

（2）模型简单：大林算法控制系统不需要对控制对象建立精确的数学模型，只需要进行系统辨识，即可建立相应的神经网络模型，大大降低了系统设计的难度。

（3）实时性好：大林算法控制系统具有较快的响应速度和较高的计算精度，可以满足很多实时性要求较高的工业应用场合。

2.大林算法控制系统的设计流程大林算法控制系统的设计流程包括系统辨识、控制器设计、仿真验证等几个重要步骤。

其中，系统辨识是大林算法控制系统设计的关键环节，其目的是通过对控制对象的实验数据进行分析，建立相应的神经网络模型。

控制器设计是利用建立的神经网络模型，设计相应的控制算法，实现对控制对象的精确控制。

仿真验证则是在计算机模拟平台上，对设计好的控制系统进行模拟仿真，验证其性能和可行性。

3.大林算法控制系统的应用案例大林算法控制系统在工业生产中的应用领域非常广泛，例如在空调系统、电机控制系统、水泵控制系统等方面均有广泛应用。

以电机控制系统为例，大林算法控制系统可以根据电机的运行状态和负载情况，对电机的电流、电压等参数实时调节，从而实现对电机的精确控制。

通过系统辨识和控制器设计，可以得到适合于不同工作状态下的电机控制器，在控制精度和响应速度方面均有较好的性能表现。

4.小结本文从大林算法控制系统的原理和特点、设计流程、应用案例等几个方面进行了阐述，可以看出，大林算法作为一种具有自适应控制能力的算法，在工业生产领域具有广泛应用前景。

大林算法控制系统设计(一)大林算法是现代控制科学的一种重要方法之一，它在多元系统的控制中具有广泛的应用。

因此，在控制系统设计中，大林算法是一个必须要掌握的重要知识点。

本文将探讨大林算法在控制系统设计中的应用。

一、什么是大林算法大林算法又称LMI算法（Lowest Matrix Iteration Algorithm，最小矩阵迭代算法），它是一种用于解决线性矩阵不等式的数学方法。

在控制系统中，大林算法可以用来解决各种鲁棒性问题，例如稳定性分析、稳定控制器设计、误差估计、鲁棒控制器设计等。

二、大林算法在控制系统设计中的应用大林算法在控制系统设计中的应用十分广泛，下面介绍其中三个应用场景。

1.鲁棒性分析在控制系统中，大林算法可以用来分析系统的鲁棒性。

通过大林算法，可以计算出矩阵的奇异值，并根据奇异值的大小来判断系统是否稳定。

同时，大林算法还能计算出系统稳定边界的值，以及系统鲁棒性的上限，从而帮助设计者更好地了解系统的鲁棒性特性。

2.稳定控制器设计大林算法在稳定控制器设计中的作用主要体现在控制器的参数选择方面。

通过大林算法，可以得到最优的控制器参数，从而保证系统的稳定性和控制精度。

此外，大林算法还能用于分析控制器稳定性的变化情况，从而帮助控制系统维持良好的稳态性能。

3.鲁棒控制器设计鲁棒控制器是一种能够适应不确定性环境的控制器。

大林算法在鲁棒控制器设计中的应用主要体现在控制器的参数选择方面。

通过大林算法，可以根据输入和输出的矩阵信息来计算出控制器的参数，并得到最优的鲁棒性能，从而保证了控制系统在面对各种不确定性时具有良好的鲁棒性能。

三、总结总之，大林算法是现代控制系统设计中不可缺少的重要方法之一。

它可以用来分析系统的鲁棒性、设计稳定控制器和鲁棒控制器等。

在掌握了大林算法的基础知识后，设计者可以通过它来解决各种控制系统设计过程中的问题。

辽宁工业大学计算机控制技术课程设计（论文）题目：基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：自动化Array注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要婴儿培养箱主要应用于早产儿、低体重儿、病危儿或发育不良的新生儿的临床医疗。

在儿科的医疗护理中占有重要地位，是医院不可或缺的医疗器械。

由于此类婴儿的特殊性，所以婴儿培养箱对控制精度、稳定性能和安全性都有较高要求。

传统的PID算法是最为广泛的一种基本控制规律，具有稳定性高、鲁棒性好等优点。

但其对时变非线性系统来说控制就难以达到很好的效果。

本设计采用达林算法对婴儿培养箱的温度加以控制，大林算法是运用于自动控制领域中的一种算法，设计的算法使闭环系统的特性具有时间滞后的一阶惯性环节，且滞后时间与被控对象的滞后时间相同。

此算法具有消除余差、对纯滞后有补偿作用等特点。

适用于温度，湿度，这种纯滞后的检测量控制。

关键词：达林算法；婴儿培养箱；温湿度检测；PID目录第1章绪论 (1)第2章课程设计的方案 (2)2.1概述 (2)2.2系统结构框图 (2)2.3单片机选型 (3)2.4温湿度传感器选型 (3)第3章硬件设计 (4)3.1单片机最小系统 (4)3.2温度检测电路 (4)3.3A/D转换电路 (5)3.4湿度传感器电路 (5)3.5显示电路 (6)3.6电源电路 (7)3.7键盘模块 (7)第4章软件设计 (9)4.1控制系统软件设计 (9)4.2基于达林算法的婴儿培养箱温度控制系统设计 (10)4.3控制过程 (12)第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (13)第6章课程设计总结 (14)参考文献 (15)第1章绪论随着微电子技术和微型计算机的迅猛发展，微机测量和控制技术以其逻辑简单、控制灵活、使用方便及性能价格比高的优点得到了迅猛发展和广泛应用。

尤其是许多智能仪表和测控系统中引入电脑控制技术后，使传统仪器、仪表设备发生了根本变化，为工业生产的自动化、智能化奠定了坚实的技术基础。