过程控制锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真
锅炉汽包水位模糊PID控制的LabVIEW仿真ScientificResearchSystem Simulation Technology Application (Volume 13)Table 1. Rule list of fuzzy control of Kp据、结果显示。当运行程序时,只有前面板出现在计表1.K模糊控制规则表算机的屏幕上,作为虚拟仪器和用户的接口。与其他E仿真语言相比,除了能在 Labview软件中方便地使ECNB NM NS ZO PS PM PB用PID工具包进行模糊PID控制器设计外,在仿真过NB PBPB PMPM PS Z0 ZO程中还能实现对仿真参数的动态修改,只要按照要求NMPB PM PSPS ZO NS在前面板上写入相应的控制参数,便可以进行参数动Ns PPs ZO态修改,相应的更新结果可由前面板以多种方式显小ZO PM PM PS ZO NS NM N出来并可以数据文件形式保存。使仿真过程变得更加PSPSPS ZO NSNS NMNM灵活、便捷。本文所用的前面板如图4所示。PM PS ZO NS NM NⅥNMNBPB ZO ZO NMNM NM NBNB4基于LabⅤIEW的模糊PID控制系统设计美国NI( National Instruments)公司的LabⅤILW口回6,A·逦是基于数据流的图形化编程语言G的开发环境,是仪器控制与数据采集的编程平台,能快速构建实现交互控制系统的图形用户界面,并且它与测量、自动化硬 Figure3. Flow chart of drum water level control system件紧密的结合,具冇完善的数据采集、信号分析和信图3.汽包水位控制系统仿真流程图息显示的解决方案。 LabVIEW中的PD工具包(PIDToolkit提供∫一个完整的模糊控制设计系统,包括:汽包水裨制实验·模糊逻辑控制器设计子程序( Fuzzy Logic Con-roller Design):提供一个友好的图形用户界面(GUI),可以直观地设计和修改模糊控制器的水过低圣汽流量Fe的艰属函数、规则库、推理规则和去模糊方法等等。●」售定设计的结果保存在一个以结尾的文件中,应用冷水入口当诞0程序就谴用此文件。主PTD模糊控制器子程序( Fuzzy Controller.ⅵ):作为程在■a2序的个功能模块(函数),用于在应用程序中实现模糊控制算法。调入控制器子程序( Load Fuzzy Controller.ⅵ)E四常数56将fs文件调入应用稈序功能模块,将指定文件的Figure 4.The front panel of drum level control systemPID参数加载到应用程序的模糊控制器中。图4.汽包水位控制系统前面板框图软件设计由两部分组成,即前面板和流程图。在前面板,用输入控件( Contro)来实现参数的输入,参为了说明该控制策略相对其他控制方法的优越数的显示和程序运行的结果由输出控件( ndicator来性生,同时作了锅炉汽包水位系统常规串级PD控制的完成。流程图是完成程序功能的图形化源代码,通过仿真研究,其外回路和内国路均采用PD控制器,其对控件设置合适的参数和连线建立控制系统。采用模PID控制器的算法为糊PID控制的带前馈的串级三冲量控制系统的流程图u(t)=k,,(e+T Gedt+ la dr)如图3所示。式中:ε为设定值与探制过程返回量之间的偏差,基于 LabView开发的程序面板具有良好的人机K为比例增益,T为积分时间常数,Ta为微分时间常互动的风格,使用简单。前面板提供了丰富的图形控数,u(为控制器输出量。根据图3,设置PID控制器件,可以模拟传统仪器工作方式,在前面板上放置所的参数为K=3、T=150以及a4。两种控制方式的控需要的控件和指示器,实现仪器控制以及较直观的数制效果如图5所示。978-1-935068-81-5c2011 SirEs40o1994-2012cHinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.netScientifieSystem Simulation Technology Application( Volume 13)° Researcl从图5(a)可以看出,在无扰动情况下,采用普通差,而普通PID则在扰动过大的时候则无法做到这PID进行控制超调量约有30%,而采用模糊PID控制点。在汽包水位的控制过程中,通过在不同时刻施加则将超调量控制在10%以内,并且模糊PD控制更能不同扰动,其阶跃响应图显示岀模糊PD控制都要优有效地减少上升时间与调节时间;在初始状态有扰动于普通的PID控制,对锅炉汽包所存在的“虚假水位的情况下如图5(b)和5(c),模糊PID均比普通PID控控制得更好,达到更令人满意的效果。因此,采用模制具有更小的超调量及更短的调节时间;在第一次稳糊Pυ控制策略比常规P控制策略具有较好的调节定后施加两种扰动时如图5(d所示,模糊PID相比普品质以及较强的鲁棒性和抗干扰能力,而且能在对象通PID不仅响应快,超调小,更有效地消除了稳态误模型失配的情况下表现出较强的适应能力。设定值直世D(a)无扰动(b)加入10%蒸汽扰动(c)加入20给水扰动(d第一次稳定后施加两种扰动Figure 5. Curve: Unit step response of different disturbance图5.不同扰动下的单位阶跃响应曲线5结束语Steam Generator[],Journal of System Simulation, 2004, 16(10)P450-453.提出了使用 Labview构建模糊控制器进行锅炉刘红军,韩璞,工东风,锅炉汽包水位系统 DMC-PID串级控制仿真研究[,系统仿真学报,204,16(10),P450-453汽包八位控制的仿真研究,通过比较两种控制方式,[41 XU Chun-mci, ZHANG Haol, YANG Ping, Nonlincar pid-Pcascade control for boiler drum level [J]. East China Electric可以看出对于锅炉汽包水位,采用模糊PID控制在上Power:2009,37(5),P838~84升时间、超调量、调节时间等控制性能都要优于普通凃春梅,张浩,杨平汽包水位串级二冲量非线性PID控制系统[,华东电力,2009,37(5):838~84PⅠD控制。基于 LabVIew语言采用流程图形式开发的51Chul-lIwan Jung, et al. A real-time self-tuning fuzzy controller应用程序,具有良好的人机交互界面,形象直观的控through scaling factor adjustment for the steam generator of NPl574:53-60制界面,更强的数据处理功能及简便实用的参数显示(6] SONG Zhi-gang; YU Qi-xiang; WANG Yi-ming;ctl, Devclop功能。比使用其他仿真语言(如Maab/ Simulink工具ment of fuzzy controller for parameters adaptation of PID con-troller based on L abvIEW[1, Machinery Design manufacture箱)更容易实现各个模块之间传递数据,仿真过程还2003(4):P11~12.能动态修改仿真参数并实时更新,可以更好地配置控宋智罡,郁其祥,王益明等,基于 LabVIew的PID参数自适应模糊控制器设计山J,机械设计与制造,2003(4:11~12制器参数以达到最优,大大缩短没计周期,提高开发[7] Jin Yihui, Process Control [m, Beijing: TSinghua universily效率,具有较大的工程实用价值。press. 1988金以慧,过程控制[M,北京:清华大学出版社,1998[8 ZHAO Baochun, LUO Zon-gan, LIu Xianghua, Design andReferences(参考文献simulation of fuzzy logic controller based on LabVIEW], Control Engineering of China, 2006, 13(S1 ): 49-52[1] CHEN Hong-wei, XU Zhen-yu, YANG Bo, et al, Analysis of the赵宝纯,骆宗安,刘相华,基于LabⅤIEW的模糊控’器设计Influential Factors to Boiler Drum Level [], Power System En与仿真[,控制工程,2006,13:4952neering,2007,23(02):32-33[9] JiN Zhiqiang, Biao Qiliang, A method of design of PID controller陈鸿伟,许振宇,杨博,等锅炉汽包水位影响因素分析[电based on I abvIEW[], Control Automation, 2005, 21(6): 1-2站系统工程,2007,23(02):32-33金志强,包启亮,一种基于LabⅤIEW的PID控制器设计的[2 ZHOU Jia, CAO Xiao-ling, LIU Yong-wen, Controlling Strategy方法[,微计算机信息,2005,21(6):1-2Analysis of Drum Level in Boiler [J]. Boiler Technology, 2005, [10] National Instrument, Lab VIEW simulation moduler user manual36(03):5~10.IM, Austin: National Instruments, 2004周佳,曹小玲,刘永文,锅炉汽包水位控制策略的现状分炘[11 LI Guo-yng, A New Fu∠ y PID Controller[ J Journal of Sys-「J,锅炒技术,2005,36(03),P5-10tem simulation,2003,15(10):1492-1496[3 IIU Hongjun, HAN Pul, WANG Dongfeng, Simulation Research李国勇,一和新型的模糊PID控制器[J,系统仿頁学报,of DMC-PID Cascade for Water Level System of a Drum boile2003,15(10),P1492-1496978-1-935068-81-502011 Scares.o1994-2012ChinaAcademicJournalelEctronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.ner
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mathcad清华教材
一本不错的mathcad书籍,在家看看吧常用数学软件丛书M ahead2000实用教程郑桂水等编著F荤原北京田书在版编目(CIP)数据Mathcad200实用教程/郑桂水等编著.北京国防工业出版社,2000.9(常用数学软件从书)ISBN7-118-02320Ⅰ.M...Ⅱ.郑、Ⅲ.数值计算一应用软件,Methed12000Ⅳ.0245中国版本图书馆CP数据核字(20)第26933号囤·聿宫照社出版发行北京市海淀区紫竹院南路23号〔邸政圳码1K44河飞酸乌.厂印刚新华书店经兽开本787×1002116印张16填39千字2000年9月第1版2000年9月北京郸1次印刷印效:1—4000册定价:24.00元本节如有印骏错误我杜负资调换〕前言Mathod是Mt五So公司推出的一个交互式的数学文字软件。该软件定位于向大教师学生工程人员提供一个兼备文字处理、数学和图形能力的集成工作环境,以使他们能方便地准备教案、完成作业和准备科学分析报告。 Mathcad在对待效值计算、符号分析、文子处埋图形能力的开发上,不以专业水准为追求,而尽力集各种功能为一体。需讲究精度、速度、算法稳定性的数值计算问题和需终复杂推理的符号运算问趣,都不是Mathcad所致力解决的目标。Mathcad有三大“面向大众”的特点:1. Mathcad的数学式同平常文稿中的书写格式一样,因而形象、直观便于阅读。用户可以按习惯的标准书写格式输人数学公式方程组和矩阵计算机能直接给出或数字或符号或图形的结果,用户无须考虑方法以及中间步骤。2. Mathcad生成的“电子书籍”中的指令、函数、图形都是“活的”,指令中的任何参数的变化都会使相应的结果发生改变3.灵活的“便笺”式的文字处理功能:可以输人文本,对方程、公式或图形进行注释和说明,从而生成各种报告和科学论文Mathcad可以处理各种数值运算,如数值的代数运算、复数运算、矢量和矩阵运算解方程与方程组徽分和积分的数值解、插值运算、微分方程求解等。 Mathcad在加人软件包自带的Mapd插件后还能进行符号运算,如因式分解符号徽积分、解符号方程级数与变换等。 Methed还可以绘制二维和二维图形,通过对图形结果的分析,使用户对问题的理解更加形象。 Mathcad还可以制作动画,所制作的动可以脱离 Mathcad而直接在Windows里播放。除了上述的数值运算、符号运算、图形和动画功能外, Mathcad还可以进行文字输人,以便生成论文和报告本书包括12章内容安排如下;第1章和第2章介绍 Mathcad2000的用途及基本用法。第3章介绍如何利用 Mathcad进行基本的算术与代数运算。第4章介绍 Mairead的矢量和矩阵运算。第5章介绍如何利用 Mathcad求解方程和方程组,以及如何利用 Mathcad进行规划求解等第6章介绍 Mathcad的符号运算功能。第7章和第8章介绍 Mathcad的图形功能,包括二维图形和三维图形。第9章介绍 Mathcad分析数据的功能。第10章介绍微分方程的求解。第11章介绍Mthd的编程功能。个+2Ⅳ第12章介绍如何利用 Mathcad制作动画Mathcad的功能十分强人,本书只能对读者起一个人门和引路的作用,如果要使用好Mathcad,发搁它的强大功能,需要读者多加练习,提高技巧。由于作者的水半有限,时间仓促,书中定有不少的疏漏和欠妥之处,恳请读者批评指除∫面卜著名的編著者以外,参加本书编著工作的同志还有:黄建森、林振宇、许宁林章庆藤小香、袁军冯曙红刘浪、张越胜、黄重阳、粱祥龙杨旺平、张晓等人,在此一并表示感谢。编著者内容简介本书介绍了 Mathcad的基础慨念和操作,循序渐进地讨论 Mathcad2000的使用方法,以便读砻能在较短时间内学会使用 Mathcad2000本书共分12章,内容包括: Mathcad的基本概念; Mathcad数值运算,如数犢的代数运算、复数运算、矢量和矩阵运算、解方程与方程维、微分和积分的数值锵捕值运算微分方程求解等; M athenai的符号运算,如因式分解、符号微积分解符号方程,级数与变换等; Mathcad的图形功能,包括绘制维图形、三维图形和动画.另外附录A介绍了 M ahead的内部数,附录R介绍了 athecate的错i信息,附录C介绍 M alcali的键盘操作。本书图文并茂,示例丰富,易学易用c可作为相关专业高校教材,或计算机培训班教材,也适合于非计算机专业的各类研究设计人员、计算机揲作人员及大 Mathcad用户参考。目录第1章 Mathcad筒介…1.1什么是 Mathcad………2 Mathcad的用途1.3运行环竞…………第2章 Mathcad入门會會■■■俨口■■自血自『會■自自會自【曾十自4會■忄曾血嚯會曾早中1!會自?甲2,1 Mathcad主窗口…,…"…":·日a2.2基本概念和基本操作2.2.1M盘 thad二作表…h●◆如■■●ψ■■pψφd■ψφb4d↓db中‘b4如d命ph甲↓2.2.2变量……56223函数………………2.2.4建立数学式上』L■县·』↓晶■■_↓b■↓晶昌■22.5編辑数学式2,2,6范围变量血山2.2.7区域操作………………,,…………2.3文本…b啬申咖4如bb4如4中吾b自··吾B吾吾日·B·吾山.·‘b山4442.3.1入文本13232在文本中插入数学区域……2.33摑入超级链接唱d■唱p山d24 Mathcad主菜单……1524.1File莱单………l524.2lit菜单●中·幽162.4.3View菜单24.4Ⅰnert菜单■■■q●幽PP中■}曾俨申■自P罾冒晋■■■冒俨『■鲁■■4b■192.4.5 Furmat菜单…,…………2024,6Math菜单……中d如d●p242.4菜单27248 Window菜单与Help萸堂292.5工具栏……292.5.1 Standard工具拦…………P平冒■■■冒冒P………2925.2 Formatting工具烂甲F口号■25.3Math工具栏292,5.4 Calculator l具誉甲『冒4昏『甲■個冒bb■Ⅵ2.5,5 Evaluation工具栏■■■↓p■冒司P■;↓■冒P中tP◆可中曾·F·自·_■■_口口·m■·■■·■■■·■■日。■日■302.5.6 Calculus工具拦32.5.7 Boolean工具栏32.5.8 Greek.具栏……………………………32第3章算术与代效算333.1基4代数运算……………333.1.1四则运算及乘方开方运算P日+F:::P日4■■@Pqp■司●即…33.1.2范围变量口d■■■■d…………………………353.2两数运算……:353.2.1函数射输入…353.2.2三角函数及反三角函数…………………■中中4鲁P自中………53.2.3对数函数与指数函数…373.2.4双曲函数与反双曲涵数……3.2.5整数函数……·"…………*………………………………383.26随机数生成数…自■自■■■自唱自■■自■■■·b■■自自■■自b■自白■·聊4●即幽“血d咖●p申电咖_电即D申司自■看38327求整函数3.28条件函数…393.3微分与积分…………………………………………………………………………403,3,1分运算………………3.32积分运算……∴……·423.4复数运算■b■口■bh■d■bh■■■h■■hdh■■b■■■■hbd晶最b■■凸■b山■晶bb■■山■昌bb山凸-433.4.1复数实郣和虚部画口■口■口■■■■433.4.2复数福角与复数的嫫…343复数四则运算与乘方开方运算■■■■■口■■■■■■■■■344复数的函数运算………………………………………………4534.5共轭复数4534.6复数的傲积分运算453.5使用单位…■■罪■二晶b■■晶晶↓晶■■备‘■■↓昌■■L■■晶晶晶■■↓q甲L4635.1对一个变应用单位…352带单位计算…4735.3自定义单位自···即中自中P··中中中4号·中中宁中會自‘T『日TP『日日35.4有关单位的选项↓L■晶■■■晶↓L■■郾福昌■■↓■■·晶昌b↓「●』轟bb中↓鼻b·ψb山↓山古一+b山·=—48第4章矢量与矩阵4.1矩阵工具栏……;r………………∴………504.2创建矢量和矩阵………………514.2.1直接输入矢量或矩阵…4.2.2通过表达式生成矩阵………………■■■一■■■■■■…………524.2.3输入输出数据又件■………524.2.4通过表格输入矩阵…53Ⅶ4.3矢量运算◆日‘日a+b日.··a·日日目p日导日日电●p■p中■自■血4.3.1矢量的加减运算及数乘……………………………………………544.3.2矢量的数量积b曲p血p@■…………554.3.3矢量的向量积……………………………………………………………"…554.3.4矢量的和…554.4矩阵运算P■血……554.4.1矩阵加减和数乘■■d■■■↓b●d■b■h●bψd谭b如p·q。pdb口·P■554.4.2矩阵的转置与矩阵相乘甲·■口■p■■■■d4.4.3方阵行列式值、逆炬阵和乘方………564,5矩阵的合并与提取子矩阵…………………………………………574.5.1先阵元素.·4·日日·日·4·日“·日44中◆4中卓!■!甲■■■昏■■■晋■■命如bd如看最bd+p■口■●pm司4.5.2矩阵合并…4.5.3提取子矩阵………………………"….……-5846矩阵的特征值与特征矢量………警冒肀■噜鲁會中q■■■■q晋■■唱■h昌■凸西』晶■■■如■ ta p■4.6,1求短阵的所有特征值…■·中中鲁4.6.2求矩阵的所有特征矢量……594.6.3求对应于某一特征值的特征矢量594.6.4疒义特征值和特征矢量昏■■q■■噜哂↓■■■↓■■聊命L64.7其他矩阵函数……………4.7.1特殊矩阵…………·申暗D日■·日日q日↓日日日日日日%吾↓↓4↓.“晶4a=-a+日b平m日t鲁曾中曾會64.7.2矩阵的特性函数4.8矩阵的分解4.8.1矩阵的奇异值分解晶b山↓b■■4.8.2矩阵的QR分解……………………………………………………634.8.3矩阵的LU分解484对称正定炬阵的 Cholesky分解……r654.9矢量和矩阵的排序冒會P會中·自4冒『■■k■山4七晶db…………654.9.1求最大和最小元素值4.92矢量排序……■口◆·■■中■■■·『■自■4即493炬阵排序……■■■·■日■會卓-·鲁·■■■■■■即日_●4.10矩阵的矢量化运算1■t曾自』會■■d■■■■算5章方程与规划求解……685.1解一元方程…………………■口■申···D■··争■■···■■··■■·曹鲁P◆血qt翟■■■↓■■■晋bdd古db5.1.1解一元項式方程■自『自血血冒伽自由司即看●·甲甲司血曲血曲■餐5.12求解其他一元方程………………………………695.13求解精度…………………·詈『中自詈會◆■斷自■■斷■自■■即■■q噌·■口·阜咱嘈啁◆φ◆嘻p申p■昏▲■■■昏baad705.I4求解一组带参数的方程………7l52线性方程组…………:753非线性方程组血d血身b●…72
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