模糊PID控制器的设计与仿真研究摘 要:提出了一种模糊PID控制器的设计与仿真方法.该控制系统适用于碱回收炉的水位控制、火电厂锅炉水位控制以及其他领域的水位控制.其结构简单、参数调整方便、快捷.另外,借助于Matlab模糊控制工具箱和Simulink仿真工具进行的仿真试验,表明控制效果很好.关键词:模糊PID控制器;仿真;2-D控制表中图分类号: 文献标识码:A0 引言目前,模糊控制理论及模糊控制系统的应用发展很快,显示出模糊控制在控制领域具有广阔的前景.模糊控制已成为智能控制的重要组成部分.在工业过程控制中,因为PID控制器所涉及的设计算法和控制结构简单,不要求非常精确的受控对象的数学模型,且众多的过程控制软件都带有PID控制器的算法模块,而被广泛应用于工业过程控制中.但是,PID控制器参数的整定尚需工程技术人员才能完成,对于存在时滞、非线性等因素的系统更难整定,调试过程中经常出现超调、振荡等影响系统正常运行的现象.模糊控制器具有不依赖控制对象精确的数学模型,减弱超调、防止振荡等优点[1].由此本文合理结合两种控制算法的优点提出一种调整系统控制量的模糊PID控制器,这种控制器在大偏差范围内利用模糊推理的方法调整系统控制量U,而在小偏差范围内转化为PID控制,并以给定的偏差范围自动完成二者的转化[2].本文将讨论调整系统控制量的模糊PID控制器的设计与仿真.并以一个具体的水位对象为例给出该控制器的设计与仿真实例.1 模糊PID控制器的设计该控制器中主要包含二维的模糊控制器和PID控制器.在大偏差范围内通过模糊控制器实现过程控制.模糊控制通过模糊逻辑和近似推理方法,让计算机把人的经验形式化、模型化,根据给定的语言控制规则进行模糊推理,给出模糊输出判决,并将其转化为精确量,馈送到被控对象(或过程)的.其中所使用的模糊控制器为常用的二维模糊控制器.在实际应用中,一般是用系统输出的偏差E和输出偏差的变化率EC作为输入信息,而把控制量的变化作为控制器的输出量,以此确定模糊控制器的结构.Ke和Kec表示量化因子, Ku表示比例因子.并且在实际微机模糊控制中,一般先确定出模糊控制规则,然后将此表存入存储器中,这样在实际的过程控制中,微机根据采样到的E和EC通过查询控制规则表求得控制量U,馈送到控制对象实现过程的模糊控制.小偏差范围内通过传统的PID控制算法实现过程控制[3].二者通过系统的偏差E实现自动切换.这样既可以通过模糊控制器加快过程动态响应过程,减弱超调和振荡现象,减弱调试过程对正常工作运行的影响,又可以通过常用的PID控制器在小偏差范围内实现精确控制,减少纯模糊控制器带来的稳态误差.图1是某水位的调整系统控制量的模糊PID控制系统[4].选取某水位误差E及其误差变化率EC和控制量U的论域分别为:E={-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,1,2,3,4,5,6};EC={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6};U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}.选取某水位误差E及其误差变化率EC和控制量U的语言变量值分别为:E={NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB};第22卷第3期甘肃联合大学学报(自然科学版) 年5月Journal of Gansu Lianhe University (Natural Sciences) May 2008 EC={NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB};U={NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}.依据操作者的控制经验,可建立水位模糊控制系统的模糊控制规则如表1所示.图1 模糊控制系统表1 模糊控制规则表EECNB NM NS Z PS PM PBNB PB PB PM PS PS PS PSNM PB PM PS PS PS PS PSNS PM PS PS PS Z Z ZNZ PS PS Z Z Z NS NSPZ PS PS Z Z Z NS NSPS Z Z Z NS NS NS NMPM NS NS NS NS NS NM NBPB NS NS NS NS NS NM NB实际模糊控制器的2-D控制表可利用MATLAB编制MATLAB语言求得[5].在Mat-lab命令窗口中运行此M文件,可画出如图2所示的E、EC、U隶属度函数图形,并得到表2的2-D控制表[6],存放到计算机存储器中去,在某水位实际过程控制中,计算机通过查表程序既可得出相应的控制量U,实现对象的控制.图2 隶属度函数表2 2-D控制表ECE-6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 +0 1 2 3 4 5 6-6 4 4 4 2 0 0 0 -3 -4 -4 -5 -6 -6 -6-5 4 4 4 2 0 0 0 -3 -3 -3 -4 -5 -5 -6-4 4 4 4 2 0 0 0 -3 -3 -3 -3 -4 -5 -6-3 4 4 4 2 0 0 0 -1 -3 -3 -3 -3 -4 -5-2 4 4 4 2 0 0 0 0 -3 -3 -3 -3 -3 -4-1 4 4 4 2 2 2 2 0 -3 -3 -3 -3 -3 -30 4 4 4 4 4 4 4 0 -3 -3 -3 -3 -3 -31 4 4 4 4 4 4 4 0 -1 -1 -1 -3 -3 -32 5 4 4 4 4 4 4 0 0 0 -1 -3 -3 -33 6 5 4 4 4 4 4 2 0 0 -1 -3 -3 -34 7 6 5 4 4 4 4 4 0 0 -1 -3 -3 -35 7 6 6 5 4 4 4 4 0 0 -1 -3 -3 -36 7 7 7 6 5 5 5 4 0 0 -1 -3 -3 -32 某厂水位模糊控制系统的仿真某厂水位对象的传递函数为G(s) =0·033/s().选取水位误差E的基本论域为[-25mm,+25mm],则E的量化因子Ke =6/25=,选取误差变化EC的基本域为[-6,76 甘肃联合大学学报(自然科学版) 第22卷6],则EC量化因子Kec=6/6=1,选取U的基本域为[-102,102],则控制量U的比例因子Ku =102/.在水位正常时,突加25mm阶跃信号对水位系统作定值扰动仿真.在Matlab的Simulink工具中构造模糊控制系统模型如图3所示.双击图中的任何模块,可打开该功能模块来完成参数的设定或修改[3].图3 水位模糊控制系统的Simulink实现如对图3进行仿真,须先运行上述给的M文件,以获得二维表,然后选择Simulink中的Start,启动仿真过程,就可通过Scope观察系统的仿真结果,仿真结果如图4所示.由图4可以看出:在水位上升段,模糊PID控制比新型PID[7]调节时间短、超调小,并且对系统对象参数变化有很好的鲁棒性[8],从而证明该控制器可以获得较好的动态性能指标,达到了良好的控制效果.图4 水位模糊控制系统的仿真结果3 结论本文介绍了模糊PID控制器的设计方法,并利用Matlab中的模糊工具箱设计该控制器,有机地将模糊PID控制器与Simulink结合起来,实现PID参数自调整模糊控制系统的设计和仿真[4].并将该控制器具体应用某厂水位的控制器设计,2-D控制表的建立,以及模糊控制系统的设计与仿真实现.此方法能大大减轻设计者的工作量,且参数修改也十分方便.我们既可修改被控对象,也可修改输入输出的量化论域、语言变量、隶属函数及控制规则等[9].仿真结果:该控制器改善了控制系统的动态性能,增强了其实用性,控制效果良好.参考文献:[1]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2004.[2]孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京:清华大学出版社,1997.[3]叶军.模糊控制系统的计算机设计与仿真的研究[J].计算机仿真,2002,19(6):49-52.[4]庄利锋,杨慧中.模糊自适应PID控制器的设计及应用[J].自动化仪表,2005(1):30-31.[5]郑恩让.控制系统计算机仿真与辅助设计[M].西安:陕西科学技术出版社,2002.[6]黄道平MATLAB与控制系统的数字仿真及CAD[M].北京:化学工业出版社,2004.[7]陶永华.新型PID控制及其应用[M].第2版.北京:机械工业出版社,2005.[8]曾光奇,胡均安,王东,等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.[9]王三武,董金发.基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计与仿真[J].机电工程技术,2006(2):第3期 刘悦婷:模糊PID控制器的设计与仿真研究 The Study of Fuzzy-PID Controller Design and SimulationLIU Yue-ting(School of Science and Engineering,Gansu Lianhe University,Lanzhou 730000,China)Abstract:A fuzzy-PID controller design and simulation method is presented in this paper. The controlsystem is suitable for the recovery furnace water level control,power plant boiler water level controland other areas of water control. Its structure is simple,parameter adjustment convenient and shows that the controller works well through the use of fuzzy control Matlab Simulink sim-ulation tool kit and the words:fuzzy-PID controller;simulation;2-D control form(上接第57页)表5 柴油加抗磨剂前后测量数据表测定序号加剂前结果/μm加剂量/(mg/kg)加剂后结果/μm降低程度/μm1 508801603142701942382 486 100 315 171由表5可见,同种柴油加入抗磨剂的量与润滑性的降低程度并不成比例,开始加入一定比例降低的幅度较大,到一定程度降低的幅度逐渐减小.柴油抗磨剂种类繁多,它们对柴油润滑性的改变程度不尽相同.3 结论用高频往复试验机法考察柴油润滑性准确可靠.柴油组分复杂,其润滑性好坏不同,柴油的酸度越大,润滑性越好.润滑性与硫含量、粘度等性质没有良好的对应关系.柴油抗磨剂种类繁多,对柴油润滑性的改变程度不尽相同.加入抗磨剂的量与润滑性的降低程度不成比例.参考文献:[1]陈国良,胡泽祥,高文伟,等.柴油及组分的润滑性研究[J].石油炼制与化工,2005,36(9):42-45.[2]韦淡平.我国柴油的润滑性———一个潜在的重要问题[J].石油炼制与化工,2001,32(1):37-40.[3] SH/T0765-2005,柴油润滑性评定法(高频往复试验机法)[S].[4]钱伯章.柴油质量发展趋势和低硫、低芳烃柴油生产技术进展[J].齐鲁石油化工,1996,24(2):146-155.[5]袁冬梅.高频往复装置(HFRR)测定柴油润滑性[J].锦西炼油化工,2006,11(2):33-35.[6]臧树德,朱敏.用高频往复试验机测定柴油润滑性[J].当代化工,2006,35(1):50-52.[7]杨永红,齐邦峰.柴油润滑性及润滑性添加剂的研究进展[J].江苏化工,2007(2): of the Lubricity of Diesel Fuel Samples by Using theHigh-frequency Reciprocating RigMA Tian-jun,WEI Hai-cang(Petrochina Lanzhou Petrochemical Subsidiary,Lanzhou 730060,China)Abstract:The lubricity of diesel fuel samples and the diesel components are analyzed by the high-fre-quency reciprocating rig. Accuracy and Repeatility of the method are correlations areprimary discussed and confirmed between the lubricity and the contents of sulfur,acidity,viscosity ofthe diesel fuel, words:diesel fuel; the high-frequency reciprocating rig(HFRR);lubricity78 甘肃联合大学学报(自然科学版) 第22卷
太阳能电池组件在阳光照射下会产生光伏电压和光生电流，是光伏系统的发电装置。它输出的是直流电，经充放电控制器整定后用来为蓄电池充电；充电的过程是储能的过程。蓄电池是光伏系统的储能装置。白天，太阳能被光电池转化为电能，通过给蓄电池充电，电能又转化为化学能。到了晚上，太阳能电池停止发电和充电，蓄电池开始对负载放电，化学能又转化为电能供给光源工作。所以，一个完整的光伏系统在一昼夜间发生了一系列能量的转化：太阳辐射能→电能→电化学能→电能→电光照明。智能化充放电控制器在光伏系统能量转化中起着极其重要的控制作用。这个控制器具有先进的充电控制、放电控制以及过充电保护、过放电保护、过载保护反接保护等一系列保护功能。光伏系统的性能好坏与控制器有着重大关系，可以说充放电控制器是光伏系统的心脏。目前光伏系统用充放电控制器都以单片机对充放电过程尤其是充电过程进行严密监控，大大提高了系统可靠性
本论文以铸造镁合金AZ31为材料,进行了搅拌摩擦焊接试验。通过大量试焊确定了最佳工艺参数(S=1500r/min,F=50mm/min,Z=)。在最佳参数下,通过热电偶测温试验(包括焊缝中心的布点)、拉伸试验(包括横向及分层切片)、显微硬度试验及金相显微试验从试板三维几何方向(横向,纵向,板厚方向)系统地研究了搅拌摩擦焊接温度场变化规律,宏观及微观组织,接头的力学性能。研究结果表明:FSW接头实际上具有“三维不对称梯度特征”,即在接头的三维几何方向,其温度场、塑性流变和形变,以及接头的形貌和组织性能都表现为不对称的梯度结构。从纵向上看,焊接起始阶段的峰值温度较低,且存在温度平台,稳定阶段峰值温度较高,结束阶段峰值温度最高;在试板厚度方向,试板上表面峰值温度最高而下表面的最低;前进侧的温度高于后退侧。在焊缝中心,温度沿着轴肩径向线性增加。整个试板最高温度出现在结束阶段的前进侧的轴肩边缘,为446℃。接头组织在横向及板厚方向差异显著,横向上看,焊核区呈现细小的动态再结晶组织;两侧的热机械影响区由弯曲而拉长的晶粒组成。前进侧界限明显,而后退侧界限模糊,部分材料由后退侧向前进侧流动;热影响区组织与母材相似,只是略有长大。从板厚方向上看,最上表面分布着极细小的晶粒,晶粒度为级,其下面晶粒呈层状分布,再下面是细小均匀的等轴晶,最下端组织紊乱,晶粒大小极不均匀。前进侧的热机械影响区为接头最薄弱的区域,断裂方式为韧脆混合型断裂。从纵向看,接头中间端的强度最高,起始端和结束端较低;从板厚方向看,抗拉强度从上到下呈减小的趋势。总体上看,显微硬度曲线呈“W”形。前进侧焊核区硬度最高,热影响区和热机械影响区硬度值最低;前进侧和后退侧沿焊缝中心不对称;从试板上表面到底面硬度呈减小的趋势;起始端硬度较高,中间端较低,结束端最低。
舞台机械自动化控制系统是一个集舞台机械、电力电子技术、网络技术、电视技术、声学、美学等多学科、多界面相互结合的宏大的科学艺术体系。目前舞台机械自动化设备及其运动的控制已经成为一项重要的研究课题,德国、日本、英国、美国等都有专门的生产厂家和相关的研究机构,它们的历史悠久、经验丰富、产品质量比较高,但价格相对来说比较昂贵。因此,如果我们能开发出一套技术先进、性能稳定可靠的舞台机械自动化控制系统,那么就能节约成本,降低国家的投资,从而推动我国舞台机械行业的发展。目前,从设计水平、整体工艺、控制性能以及投资费用方面来看,我国的舞台机械自动化设备同欧洲产品仍有一定差距。所以,立足于我国国情,研究开发高性能、低成本的舞台机械自动化设备及运动控制系统具有很大的实用价值。本文针对大型舞剧《千手观音》主舞台的配置方案,首先,阐明了系统的硬件选型、组成,控制线路的连接,其次编写了整个系统PLC控制程序,并进一步详细论述了PLC实现多电动机同步模糊PID控制策略;以及应用VB软件设计系统的监控界面,确保了开发的舞台机械控制系统符合大型舞剧《千手观音》主舞台的招标书要求,例如:舞台设备的运行指标、同步精度、平稳性能、编组运行、场景控制及安全可靠性等。在文章最后总结了本文的主要工作,分析了系统存在的问题,并对改进方向进行了阐述。本文中系统采用了德马格DR-3电葫芦、意大利SEIMEC HFF63B4B3型刹车电机、VB软件设计的系统监控界面、西门子S7-200可编程控制器、研祥工控机、西门子变频器、VACON变频器和欧姆龙增量型光电编码器等的整体方案,实现了对舞台空间姿态进行实时监控,以及复杂动作的自动控制和手动控制。此外,在可编程控制器中运用模糊-PID控制,实现多电动机同步控制。舞台设计制作完成后,在国家大剧院连续演出九天,太原市青年宫演艺中心连续演出两周,连续演出过程中没有出现故障,证明该控制方案控制效果良好,达到了预期效果。
积分环节 比例环节 微分环节
基于PLC单片机的变频调速恒压控制是现代供水控制系统的主要方式．它利用PLC、传感器、电气控制设备、变频器及水泵机组组成闭环控制系统，使供水管网压力保持恒定．由于具有 自动化程度高、高效节能、安全卫生、维护方便等特点，在小区供水和工厂供液供水控制中得到广泛应用，
PID控制可靠而稳定，控制过程可以被100%复现。可以再任何工业现场应用。模糊控制是在对工艺系统的分析基础上对PID控制进行改进而设计的，可以避免PID控制超调有残差等缺陷，但是模糊控制在工艺系统发生故障如卡泵卡阀、流体泄漏、传感器故障时，容易产生误操作。自适应控制，自适应控制一般是通过对工艺系统的自主学习完成控制的。其优缺点和模糊控制类似。在高安全性环境中，不能使用模糊控制和自适应控制，如核电站、化工石化等易爆场所。
在实际的应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性、时变不确定性和纯滞后性等特点，导致PID控制参数整定效果不理想。在噪声、负载扰动等因素的影响下，过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的的变化而变化。这就要求在PID控制中，不仅PID参数的整定不依赖于系统数学模型，并且PID参数能够在线调整，以满足实时控制的要求。智能控制 （Intelligent Control)是一门新兴的理论和技术，它是传统控制发展的高级阶段，旨在应用计算机模拟人类智能实现自动化。
PID控制 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统的响应。 这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。 PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有50多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。 PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为 u(t)=kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s) 其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数 它由于用途广泛、使用灵活，已有系列化产品，使用中只需设定三个参数（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元，但比例控制单元是必不可少的。 首先，PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的，但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统，这样PID就可控制了。 其次，PID参数较易整定。也就是，PID参数Kp，Ki和Kd可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。 第三，PID控制器在实践中也不断的得到改进，下面两个改进的例子。 在工厂，总是能看到许多回路都处于手动状态，原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足，采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在，自动整定或自身整定的PID控制器已是商业单回路控制器和分散控制系统的一个标准。 在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好，但它们仍存在一些问题需要解决： 如果自整定要以模型为基础，为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时，要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动，所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。 如果自整定是基于控制律的，经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来，因此受到干扰的影响控制器会产生超调，产生一个不必要的自适应转换。另外，由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法，参数整定可靠与否存在很多问题。 因此，许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。 PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。 虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器 目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如压力控制系统要采用压力传感器。电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器，能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制的PC系统等等。 可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制，而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连，如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix产品系列，它可以直接与ControlNet相连，利用网络来实现其远程控制功能。 1、开环控制系统 开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响。在这种控制系统中，不依赖将被控量反送回来以形成任何闭环回路。 2、闭环控制系统 闭环控制系统(closed-loop control system)的特点是系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈，若反馈信号与系统给定值信号相反，则称为负反馈( Negative Feedback)，若极性相同，则称为正反馈，一般闭环控制系统均采用负反馈，又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统，眼睛便是传感器，充当反馈，人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛，就没有了反馈回路，也就成了一个开环控制系统。另例，当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净，并在洗净之后能自动切断电源，它就是一个闭环控制系统。 3、阶跃响应 阶跃响应是指将一个阶跃输入（step function）加到系统上时，系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后，系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability)，一个系统要能正常工作，首先必须是稳定的，从阶跃响应上看应该是收敛的；准是指控制系统的准确性、控制精度，通常用稳态误差来(Steady-state error)描述，它表示系统输出稳态值与期望值之差；快是指控制系统响应的快速性，通常用上升时间来定量描述。 4、PID控制的原理和特点 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制 比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制 在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。 微分（D）控制 在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。 5、PID控制器的参数整定 PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下：(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在一定的控制度下通过公式计算得到PID控制器的参数。 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（%）20--60，I（分）3--10，D（分） 对于流量系统：P（%）40--100，I（分） 对于压力系统：P（%）30--70，I（分） 对于液位系统：P（%）20--80，I（分）1--5 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低
积分环节 比例环节 微分环节
看看我以前回答过的一个问题，或许有帮助。评价一个控制系统是否优越，有三个指标：快、稳、准。所谓快，就是要使压力能快速地达到“命令值”（不知道你的系统要求多少时间）所谓稳，就是要压力稳定不波动或波动量小（不知道你的系统允许多大波动）所谓准，就是要求“命令值”与“输出值”之间的误差e小（不知道你的系统允许多大误差）对于你的系统来说，要求“快”的话，可以增大Kp、Ki值要求“准”的话，可以增大Ki值要求“稳”的话，可以增大Kd值,可以减少压力波动仔细分析可以得知：这三个指标是相互矛盾的。如果太“快”，可能导致不“稳”；如果太“稳”，可能导致不“快”；只要系统稳定且存在积分Ki，该系统在静态是没有误差的（会存在动态误差）；所谓动态误差，指当“命令值”不为恒值时，“输出值”跟不上“命令值”而存在的误差。不管是谁设计的、再好的系统都存在动态误差，动态误差体现的是系统的跟踪特性，比如说，有的音响功放对高频声音不敏感，就说明功放跟踪性能不好。调整PID参数有两种方法：1、仿真法；2、“试凑法”仿真法我想你是不会的，介绍一下“试凑法”“试凑法”设置PID参数的建议步骤：1、把Ki与Kd设为0，不要积分与微分；2、把Kp值从0开始慢慢增大，观察压力的反应速度是否在你的要求内；3、当压力的反应速度达到你的要求，停止增大Kp值；4、在该Kp值的基础上减少10%；5、把Ki值从0开始慢慢增大；6、当压力开始波动，停止增大Ki值；7、在该Ki值的基础上减少10%；8、把Kd值从0开始慢慢增大，观察压力的反应速度是否在你的要求内；
积分环节 比例环节 微分环节
智能水位控制系统毕业设计一、水位智能检测系统设计原理�实验证明，纯净水几乎是不导电的，但自然界存在的以及人们日常使用的水都会含有一定的Mg2+、Ca2+等离子，它们的存在使水导电。本控制装置就是利用水的导电性完成的。�如图1所示，虚线表示允许水位变化的上下限。在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。为此，在水塔的不同高度安装了3根金属棒，以感知水位变化情况。图1 水位检测原理图其中B棒处于下限水位，C棒处于上限水位，A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。�水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升。当达到上限时，由于水的导电作用，B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵工作，不再给水塔供水。当水位降到下限时，B、C棒都不能与A棒导电，因此，b、c两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通，b端为1状态。C端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。�二、基于单片机控制的水塔水位控制系统�1�单片机控制电路�水塔水位控制的电路如图2所示。�2�前向通道设计图2 水塔水位控制电路由于所采用的信号是频率随水位变化而变的脉冲信号（开关量），因此电路设计中省去了A/D�转换部分，这不仅降低了硬件电路的成本，而且由于采用数字脉冲信号通信，提高了系统的抗干扰能力、稳定性和精度。�输入的可变脉冲信号送到8031的P10和P11脚电平，当接收到信号时，输入脉冲使其输出高电平，而无信号输入时，无触发脉冲，此时翻转为低电平。程序控制8031周期性地对P11和P10脚电平进行采样，达到控制的目的。�3.微机控制数据处理部分�在电路设计中，充分利用8031已有端口的作用，同时也考虑扩展，做到尽可能节省元件，不仅可降低成本，而且提高可靠性。(1)使用8031单片机。水塔水位控制的电路如图3—1。接受电路得到的是频率随水位变化的调频脉冲，它反映了贮水池水位的高度，对其进行信号处理，便能实现对水位的控制及故障报警等功能。要完成此一工作，最佳的选择是采用微机控制，实验中是以MCS—51系列弹片机8031作CPU。对接受的信号进行数据处理，完成相应的水位控制、故障报警等功能。8031芯片的内部结构框图见图3所示。�由图3可大致看到：它含运算器、控制器、片内存储器、4个I/O接口、串行接口定时器/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。图中SP是堆栈指针寄存器，栈区占用了片内RAM的部分单元；未见通用寄存器（工作寄存器），因单片机片内有存储器，与访问工作寄存器一样方便，所以就把一定数量的片内RAM字节划作工作寄存器区；PSW是程序状态字寄存器，简称程序状态字，相当于其他计算机的标志寄存器；DPTR是数据指针寄存器，在访问片外ROM、片外RAM、甚至扩展I/O接口时特别有用；B寄存器又称乘法寄存器，它与累加器A协同工作，可进行乘法操作和除法操作。实验中8031时钟频率为6MHz。由于8031没有内部ROM，因此需外扩展程序存储器。本系统采用2732EPROM扩展4K程序存储器，对应地址空间为0000H～0FFFH。（2）74LS373作为地址锁存器。74LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器，其结构示意图见图4所示。当使能端G呈高点平时锁存器中的内容可更新，而在返回低电平瞬间实现锁存。如此时芯片的输出控制端为低，也即输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可经由三态门输出。除74LS373外，84LS273、8282、8212等芯片也可用作地址锁存器，但使用时接法稍有不同，由于接线稍繁、多用硬件和价格稍贵，故不如74LS373用的普遍。 图3 8031芯片内部结构框图（3）两个水位信号由P10和P11输入，这两个信号共有四种组合状态。如表3—1所示。其中第三种组合（b=1、c=0）正常情况下是不能发生的，但在设计中还是应该考虑到，并作为一种故障状态。�表3-1 水位信号状态表C(P11) B(P10) 操作 0 0 电机运转 0 1 维持原状 1 0 故障报警 1 1 电机停转 （4）控制信号由P12端输出，去控制电机。为了提高控制的可靠性，使用了光电耦合。4.报警电路�本系统采用发光二极管，当控制电路出现故障状态时，P13置零，发光二极管导通，发光报警。�5.软件设计�一个应用系统，要完成各项功能，首先必须有较完善的硬件作保证。同时还必须得到相应设计合理的软件的支持，尤其是微机应用高速发展的今天，许多由硬件完成的工作，都可通过软件编程而代替。甚至有些必须采用很复杂的硬件电路才能完成的工作，用软件编程有时会变得很简单，如数字滤波，信号处理等。因此充分利用其内部丰富的硬件资源和软件资源，采用MCS—51汇编语言和结构化程序设计方法进行软件编程。这个系统程序由主控程序、延时子程序组成。其中主控程序是核心。由它控制着整个系统程序的运行和跳转。流程图如图5所示。包括系统初始化，数据处理，故障报警等。�电路具体工作情况如下：�① 当水位低于B时，由于极棒A和C、A和B之间被空气绝缘，P10和P11得到低电平，全置0，单片机控制电路使P12置零，继电器吸合，启动水泵向水塔灌水；�② 当水位高于B低于C时，P10置1，P11置0，继电器常开触电自保，因此升到B以上时，继电器并不立即释放，电极仍然供水；③ 当水位达到C时，P10 、P11均置1，单片机控制电路使P12置1，继电器释放，水泵停止工作；�④ 用水过程中，水位降到C以下，P11置0，P10置1，维持原状，电机不工作，直到降到B以下，如此循环往复。�系统出现故障时，由P13置零，输出报警信号，驱动一支发光二极管进行光报警。三、结束语�现代传感技术、电子技术、计算机技术、自动控制技术、信息处理技术和新工艺、新材料的发展为智能检测系统的发展带来了前所未有的奇迹。在工业、国防、科研等许多应用领域，智能检测系统正发挥着越来越大的作用。检测设备就像神经和感官，源源不断地向人类提供宏观与微观世界的种种信息，成为人们认识自然、改造自然的有力工具。现代的广义智能检测系统应包括一切以计算机（单片机、PC机、工控机、系统机）为信息处理核心的检测设备。因此，智能检测系统包括了信息获取、信息传送、信息处理和信息输出等多个硬、软件环节。从某种程度上来说，智能检测系统的发展水平表现了一个国家的科技和设计水平。�本课题研究的内容是“智能水位控制系统”。水位控制在日常生活及工业领域中应用相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而以往水位的检测是由人工完成的，值班人员全天候地对水位的变化进行监测，用有线电话及时把水位变化情况报知主控室。然后主控室再开动电机进行给排水。很显然上述重复性的工作无论从人员、时间和资金上都将造成很大的浪费。同时也容易出差错。因此急需一种能自动检测水位，并根据水位变化的情况自动调节的自动控制系统，我所研究的就是这方面的课题。�水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本实验采用两种方法（单片机和时基集成电路）进行主控制，在水池上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用单片微机或时基集成电路对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、控制及故障报警等功能。�参考文献�1.丁元杰 单片微机原理及应用 机械工业出版社 2000�2.腾召胜 罗隆福 智能检测系统与数据融合 机械工业出版社 20003.孙虎章 自动控制原理 中央广播电视大学出版社 1999
模糊PID控制器的设计与仿真研究摘 要:提出了一种模糊PID控制器的设计与仿真方法.该控制系统适用于碱回收炉的水位控制、火电厂锅炉水位控制以及其他领域的水位控制.其结构简单、参数调整方便、快捷.另外,借助于Matlab模糊控制工具箱和Simulink仿真工具进行的仿真试验,表明控制效果很好.关键词:模糊PID控制器;仿真;2-D控制表中图分类号: 文献标识码:A0 引言目前,模糊控制理论及模糊控制系统的应用发展很快,显示出模糊控制在控制领域具有广阔的前景.模糊控制已成为智能控制的重要组成部分.在工业过程控制中,因为PID控制器所涉及的设计算法和控制结构简单,不要求非常精确的受控对象的数学模型,且众多的过程控制软件都带有PID控制器的算法模块,而被广泛应用于工业过程控制中.但是,PID控制器参数的整定尚需工程技术人员才能完成,对于存在时滞、非线性等因素的系统更难整定,调试过程中经常出现超调、振荡等影响系统正常运行的现象.模糊控制器具有不依赖控制对象精确的数学模型,减弱超调、防止振荡等优点[1].由此本文合理结合两种控制算法的优点提出一种调整系统控制量的模糊PID控制器,这种控制器在大偏差范围内利用模糊推理的方法调整系统控制量U,而在小偏差范围内转化为PID控制,并以给定的偏差范围自动完成二者的转化[2].本文将讨论调整系统控制量的模糊PID控制器的设计与仿真.并以一个具体的水位对象为例给出该控制器的设计与仿真实例.1 模糊PID控制器的设计该控制器中主要包含二维的模糊控制器和PID控制器.在大偏差范围内通过模糊控制器实现过程控制.模糊控制通过模糊逻辑和近似推理方法,让计算机把人的经验形式化、模型化,根据给定的语言控制规则进行模糊推理,给出模糊输出判决,并将其转化为精确量,馈送到被控对象(或过程)的.其中所使用的模糊控制器为常用的二维模糊控制器.在实际应用中,一般是用系统输出的偏差E和输出偏差的变化率EC作为输入信息,而把控制量的变化作为控制器的输出量,以此确定模糊控制器的结构.Ke和Kec表示量化因子, Ku表示比例因子.并且在实际微机模糊控制中,一般先确定出模糊控制规则,然后将此表存入存储器中,这样在实际的过程控制中,微机根据采样到的E和EC通过查询控制规则表求得控制量U,馈送到控制对象实现过程的模糊控制.小偏差范围内通过传统的PID控制算法实现过程控制[3].二者通过系统的偏差E实现自动切换.这样既可以通过模糊控制器加快过程动态响应过程,减弱超调和振荡现象,减弱调试过程对正常工作运行的影响,又可以通过常用的PID控制器在小偏差范围内实现精确控制,减少纯模糊控制器带来的稳态误差.图1是某水位的调整系统控制量的模糊PID控制系统[4].选取某水位误差E及其误差变化率EC和控制量U的论域分别为:E={-6,-5,-4,-3,-2,-1,-0,+0,1,2,3,4,5,6};EC={-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6};U={-7,-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6,7}.选取某水位误差E及其误差变化率EC和控制量U的语言变量值分别为:E={NB,NM,NS,NZ,PZ,PS,PM,PB};第22卷第3期甘肃联合大学学报(自然科学版) 年5月Journal of Gansu Lianhe University (Natural Sciences) May 2008 EC={NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB};U={NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}.依据操作者的控制经验,可建立水位模糊控制系统的模糊控制规则如表1所示.图1 模糊控制系统表1 模糊控制规则表EECNB NM NS Z PS PM PBNB PB PB PM PS PS PS PSNM PB PM PS PS PS PS PSNS PM PS PS PS Z Z ZNZ PS PS Z Z Z NS NSPZ PS PS Z Z Z NS NSPS Z Z Z NS NS NS NMPM NS NS NS NS NS NM NBPB NS NS NS NS NS NM NB实际模糊控制器的2-D控制表可利用MATLAB编制MATLAB语言求得[5].在Mat-lab命令窗口中运行此M文件,可画出如图2所示的E、EC、U隶属度函数图形,并得到表2的2-D控制表[6],存放到计算机存储器中去,在某水位实际过程控制中,计算机通过查表程序既可得出相应的控制量U,实现对象的控制.图2 隶属度函数表2 2-D控制表ECE-6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 +0 1 2 3 4 5 6-6 4 4 4 2 0 0 0 -3 -4 -4 -5 -6 -6 -6-5 4 4 4 2 0 0 0 -3 -3 -3 -4 -5 -5 -6-4 4 4 4 2 0 0 0 -3 -3 -3 -3 -4 -5 -6-3 4 4 4 2 0 0 0 -1 -3 -3 -3 -3 -4 -5-2 4 4 4 2 0 0 0 0 -3 -3 -3 -3 -3 -4-1 4 4 4 2 2 2 2 0 -3 -3 -3 -3 -3 -30 4 4 4 4 4 4 4 0 -3 -3 -3 -3 -3 -31 4 4 4 4 4 4 4 0 -1 -1 -1 -3 -3 -32 5 4 4 4 4 4 4 0 0 0 -1 -3 -3 -33 6 5 4 4 4 4 4 2 0 0 -1 -3 -3 -34 7 6 5 4 4 4 4 4 0 0 -1 -3 -3 -35 7 6 6 5 4 4 4 4 0 0 -1 -3 -3 -36 7 7 7 6 5 5 5 4 0 0 -1 -3 -3 -32 某厂水位模糊控制系统的仿真某厂水位对象的传递函数为G(s) =0·033/s().选取水位误差E的基本论域为[-25mm,+25mm],则E的量化因子Ke =6/25=,选取误差变化EC的基本域为[-6,76 甘肃联合大学学报(自然科学版) 第22卷6],则EC量化因子Kec=6/6=1,选取U的基本域为[-102,102],则控制量U的比例因子Ku =102/.在水位正常时,突加25mm阶跃信号对水位系统作定值扰动仿真.在Matlab的Simulink工具中构造模糊控制系统模型如图3所示.双击图中的任何模块,可打开该功能模块来完成参数的设定或修改[3].图3 水位模糊控制系统的Simulink实现如对图3进行仿真,须先运行上述给的M文件,以获得二维表,然后选择Simulink中的Start,启动仿真过程,就可通过Scope观察系统的仿真结果,仿真结果如图4所示.由图4可以看出:在水位上升段,模糊PID控制比新型PID[7]调节时间短、超调小,并且对系统对象参数变化有很好的鲁棒性[8],从而证明该控制器可以获得较好的动态性能指标,达到了良好的控制效果.图4 水位模糊控制系统的仿真结果3 结论本文介绍了模糊PID控制器的设计方法,并利用Matlab中的模糊工具箱设计该控制器,有机地将模糊PID控制器与Simulink结合起来,实现PID参数自调整模糊控制系统的设计和仿真[4].并将该控制器具体应用某厂水位的控制器设计,2-D控制表的建立,以及模糊控制系统的设计与仿真实现.此方法能大大减轻设计者的工作量,且参数修改也十分方便.我们既可修改被控对象,也可修改输入输出的量化论域、语言变量、隶属函数及控制规则等[9].仿真结果:该控制器改善了控制系统的动态性能,增强了其实用性,控制效果良好.参考文献:[1]刘金琨.先进PID控制MATLAB仿真[M].北京:电子工业出版社,2004.[2]孙增圻.智能控制理论与技术[M].北京:清华大学出版社,1997.[3]叶军.模糊控制系统的计算机设计与仿真的研究[J].计算机仿真,2002,19(6):49-52.[4]庄利锋,杨慧中.模糊自适应PID控制器的设计及应用[J].自动化仪表,2005(1):30-31.[5]郑恩让.控制系统计算机仿真与辅助设计[M].西安:陕西科学技术出版社,2002.[6]黄道平MATLAB与控制系统的数字仿真及CAD[M].北京:化学工业出版社,2004.[7]陶永华.新型PID控制及其应用[M].第2版.北京:机械工业出版社,2005.[8]曾光奇,胡均安,王东,等.模糊控制理论与工程应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.[9]王三武,董金发.基于MATLAB模糊自整定PID控制器的设计与仿真[J].机电工程技术,2006(2):第3期 刘悦婷:模糊PID控制器的设计与仿真研究 The Study of Fuzzy-PID Controller Design and SimulationLIU Yue-ting(School of Science and Engineering,Gansu Lianhe University,Lanzhou 730000,China)Abstract:A fuzzy-PID controller design and simulation method is presented in this paper. The controlsystem is suitable for the recovery furnace water level control,power plant boiler water level controland other areas of water control. Its structure is simple,parameter adjustment convenient and shows that the controller works well through the use of fuzzy control Matlab Simulink sim-ulation tool kit and the words:fuzzy-PID controller;simulation;2-D control form(上接第57页)表5 柴油加抗磨剂前后测量数据表测定序号加剂前结果/μm加剂量/(mg/kg)加剂后结果/μm降低程度/μm1 508801603142701942382 486 100 315 171由表5可见,同种柴油加入抗磨剂的量与润滑性的降低程度并不成比例,开始加入一定比例降低的幅度较大,到一定程度降低的幅度逐渐减小.柴油抗磨剂种类繁多,它们对柴油润滑性的改变程度不尽相同.3 结论用高频往复试验机法考察柴油润滑性准确可靠.柴油组分复杂,其润滑性好坏不同,柴油的酸度越大,润滑性越好.润滑性与硫含量、粘度等性质没有良好的对应关系.柴油抗磨剂种类繁多,对柴油润滑性的改变程度不尽相同.加入抗磨剂的量与润滑性的降低程度不成比例.参考文献:[1]陈国良,胡泽祥,高文伟,等.柴油及组分的润滑性研究[J].石油炼制与化工,2005,36(9):42-45.[2]韦淡平.我国柴油的润滑性———一个潜在的重要问题[J].石油炼制与化工,2001,32(1):37-40.[3] SH/T0765-2005,柴油润滑性评定法(高频往复试验机法)[S].[4]钱伯章.柴油质量发展趋势和低硫、低芳烃柴油生产技术进展[J].齐鲁石油化工,1996,24(2):146-155.[5]袁冬梅.高频往复装置(HFRR)测定柴油润滑性[J].锦西炼油化工,2006,11(2):33-35.[6]臧树德,朱敏.用高频往复试验机测定柴油润滑性[J].当代化工,2006,35(1):50-52.[7]杨永红,齐邦峰.柴油润滑性及润滑性添加剂的研究进展[J].江苏化工,2007(2): of the Lubricity of Diesel Fuel Samples by Using theHigh-frequency Reciprocating RigMA Tian-jun,WEI Hai-cang(Petrochina Lanzhou Petrochemical Subsidiary,Lanzhou 730060,China)Abstract:The lubricity of diesel fuel samples and the diesel components are analyzed by the high-fre-quency reciprocating rig. Accuracy and Repeatility of the method are correlations areprimary discussed and confirmed between the lubricity and the contents of sulfur,acidity,viscosity ofthe diesel fuel, words:diesel fuel; the high-frequency reciprocating rig(HFRR);lubricity78 甘肃联合大学学报(自然科学版) 第22卷
本科毕业论文是严格而要求工整的论文写作，下面是我整理的一份完整的毕业论文包括那几个方面，希望能够帮助到大家!
一份完整的毕业论文应包括以下几个方面：
一、标题
标题应该简短、明确、有概括性。
标题字数要适当，严格控制在25字以内。
论文摘要或设计总说明
论文摘要以浓缩的形式概括研究课题的内容，中文摘要在400字左右，外文摘要与中文内容相同，关键词一般以3~5个为妥，词与词之间以“;”为分隔。
设计总说明主要介绍设计任务来源、设计标准、设计原则及主要技术资料，中文字数要在1000~2000字以内，外文字数以500~1000个左右为宜，关键词一般以3~5个为妥，词与词之间以“;”为分隔。
二、目录
目录按三级标题编写(即:第1章……、……、……)，要求标题层次清晰。
目录中的标题的内容应与正文中的标题一致，参考文献、致谢及附录也应依次列入目录。
三、正文
毕业设计说明书(论文)正文包括绪论、正文主体与结论，其内容分别如下:
绪论应说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求;简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题;说明本课题的指导思想;阐述本课题应解决的主要问题。
正文主体是对研究工作的详细表述，其内容包括:问题的提出，研究工作的基本前提、假设和条件;模型的建立，实验方案的拟定;基本概念和理论基础;设计计算的主要方法和内容;实验方法、内容及其分析;理论论证，理论在课题中的应用，课题得出的结果，以及对结果的讨论等。
学生根据毕业设计(论文)课题的性质，一般仅涉及上述一部分内容。
结论是对整个研究工作进行归纳和综合而得出的总结，对所得结果与已有结果的比较和课题尚存在的问题，以及进一步开展研究的见解与建议。
结论要写得概括、简短。
四、致谢
致谢应以简短的文字对在课题研究和设计说明书(论文)撰写过程中曾直接给予帮助的人员或单位表示自己的谢意，这不仅是一种礼貌，也是对他人劳动的尊重，是治学者应有的思想作风。
五、参考文献
参考文献是毕业设计(论文)不可缺少的组成部分，凡有引用他人成果之处，均应按论文中所出现的先后次序列于参考文献中。
并且只应列出正文中以标注形式引用或参考的有关著作和论文，引文的标注应在一段引文后的右上角，用小方括号中填写数字表示如:“Buck变换器是单管不隔离型DC-DC变换器中的一种基本结构[8]”，并与参考文献中的序列号相对应。
一篇论著在论文中多处引用时，在参考文献中只应出现一次，序号以第一次出现的位置为准。
毕业设计(论文)的中外文参考文献应在10篇以上。
六、附录(非必须)
附录是对于一些不宜放在正文中，但有参考价值的内容，可编入毕业设计(论文)的附录中，例如公式的推演、编写的程序等;如果文章中引用的符号较多时，便于读者查阅，可以编写一个符号说明，注明符号代表的意义。
一般附录的`篇幅不宜过大，若附录篇幅超过正文，会让人产生头轻脚重的感觉。
字体字号
全文(包括所有的章节题目)的汉字字体为宋体，章节序号、所有字母与数字的字体为Times New Roman(日文字体为MS MINCHO)。
一级标题(指中英/日文摘要标题、各章标题、致谢、参考文献及附录标题)字号为三号加粗;二级标题四号加粗;三级标题小四号加粗。
七、标题层次
毕业设计 (论文)的正文全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。
格式如下所示:
第1章 (居中，空一格写标题内容)
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八、书写
毕业设计(论文)要用学校规定格式的A4纸书写或打印(手写时必须用黑或蓝墨水)，手写时文稿纸背面不得书写正文和图表，正文中的任何部分不得写到文稿纸边框以外，文稿纸不得随意接长或截短。
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九、标点符号
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特别指出，毕业设计(论文)属科技文献，按国家规定句号采用圆点“ . ”，文科艺术类学位论文可采用“。”，全文必须统一。
十、名词、名称
科学技术名词术语尽量采用全国自然科学名词审定委员会公布的规范词或国家标准、部标准中规定的名称，尚未统一规定或叫法有争议的名称术语，可采用惯用的名称。
使用外文缩写代替某一名词术语时，首次出现时应在括号内注明其含义。
外国人名一般采用英文原名，按名前姓后的原则书写。
一般很熟知的外国人名(如牛顿、达尔文、马克思等)可按通常标准译法写译名。
十一、量和单位
量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100~GB3102-93，它是以国际单位(SI)和法定计量单位组成。
非物理量的单位，如件、台、人、元等，可用汉字与符号构成组合形式的单位，例如:件/台、元/km、质量浓度g/L。
十二、数字
毕业设计(论文)中的测量统计数据一律用阿拉伯数字。
十三、公式
公式应居中书写，公式较长时最好在“=”处转行，如难实现，则可在+、-、×、÷运算符号处转行，运算符号应写在转行后的行首。
公式的编号用圆括号括起放在公式右边行末，公式编号包括章编号与公式序号，如第3章出现的第一个公式，编号为“(3-1)”。
公式和编号之间不加虚线，编号中的括号、短划线与数字字体须为Times new Roman，字号为五号。
十四、表格
所有表格要求三线表，上下边线粗度为 ,表头与内容之间的分隔线粗度为3/4。
每个表格应有表序和表题，表序和表题应写在表格上方正中，表序后空一格书写表题。
表格允许下页接写，表题可省略，表头应重复写，并在右上方写“续表”。
表序编排与公式编号规则相同，如第3章第1张表格序号为“表3-1”，表题、内容的字号均为五号。
十五、插图
毕业设计的插图必须精心制作，线条粗细要合适，图面要整洁美观。
每幅插图应有图序和图题，图序和图题应放在图位下方居中处。
图应在描图纸或在白纸上用墨线绘成，也可以用计算机绘图。
图序编排与公式编号规则相同，如第3章第1幅图序号为“图3-1”，图题、内容的字号均为五号。
人类社会文明的进步,急迫需要社会工业化程度的加速。社会工业化发展的动力和加速度只能依赖电气工程自动化技术的迅速发展和进步。下面是我为大家整理的电气工程及其自动化论文，供大家参考。
摘 要：电气工程及其自动化专业是多学科相互交融的专业。电气工程(Electrical Engineering简称 EE) 是现代科技领域中的核心学科之一，更是当今高新技术领域中不可或缺的关键学科。从某种意义上讲，电气工程的发达程度代表着国家的科技进步水平。
关键词：电气工程及其自动化 专业 简介 发展
正是因为电气工程的发展，才有今天庞大的电力工业，人类才不可逆转地进入伟大的电气化时代。人类发展到任何时候也离不开能源，而能源是人类永恒的研究对象，而电能是利用最为方便的能源形式，以电能为研究对象的电气工程及其自动化专业有着十分强大的生命力。
一、专业内容介绍
电气工程及其自动化涉及电力电子技术、计算机技术、电机电器技术信息与网络控制技术、机电一体化技术等诸多领域，是一门综合性较强的学科。电气工程及其自动化的专业范围主要包括电工基础理论、电气装备制造和应用、电力系统运行和控制三个部分。电气工程及其自动化专业的基础性也决定了它具有很强的学科交叉和融合能力。
培养要求：该专业培养能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验分析、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的“高素质、强能力、应用型”高级工程技术人才。学生主要学习电工技术、电子技术、信息控制、计算机技术等方面较宽广的工程技术基础和一定的专业知识。本专业主要特点是强弱电结合、电工技术与电子技术相结合、软件与硬件结合、元件与系统结合，学生受到电工电子、信息控制及计算机技术方面的基本训练，具有解决电气工程技术分析与控制技术问题的基本能力。
主干学科：电气工程、计算机科学与技术、控制科学与工程。
主要课程：电路原理、电子技术基础、电机学、电力电子技术、电力拖动与控制、计算机技术(语言、软件基础、硬件基础、单片机等)、信号与系统、控制理论等。
电气工程一般分为电力系统和应用电子(也就是电力电子)。
二、专业发展前景
电气工程学科涉及工业、农业、交通运输、国防及人民生活等各领域，与电子科学与技术、计算机科学与技术、控制科学与工程、信息与通信工程、环境科学与工程、生物医学等学科交叉渗透，拓宽了电气工程学科的内涵与外延。随着科技的发展，电气工程的学科结构、研究领域、技术领域发生了很大变化。电气工程愈来愈多地应用信息技术、计算机技术、通信技术、电力电子技术和自动化技术，电气工程及其自动化专业内涵也发展演变为强电和弱电结合、电工技术和电子技术结合、软件和硬件结合、元件和系统结合。例如“电气工程”和“电子技术”以及“控制科学”交叉融合产生了“电力电子技术”; “电气工程”与“材料科学”的交叉融合产生了“超导电工技术”和“纳米电工技术”; “ 电气工程”与“机械工程”及“计算机学科” 的交叉融合产生了“机电一体化”新学科，已形成了以“机械”为主体、电气工程和计算机控制为技术核心、“机械+电气+计算机”的有机融合，“机电一体化”技术实际上就是电气自动化技术高度发展的一个阶段的必然产物，它是电气自动化领域中机械技术与电子技术有机结合的一种高新技术，也可以说隶属于“电气工程及其自动化”的专业范畴。随着科学技术的高速发展，电力成为国民经济中重要的生产资料及人民生活中必不可少的生活资料。当今，电气化水平的提高使得各种经济活动都离不开电(用油的交通工具除外)，我国电能占终端能源消费的比重已接近20%，高于世界平均水平。我国的电气化水平也决定了电力数据具有大范围的覆盖性。有专家表示，电力工业的发展方向是智能电力系统，或者是坚强智能电网或者是智能电网。智能电力系统是实现电力工业发展价值特征的最有效途径，也是现代电力工业的发展方向，发展智能电力系统能够确保更安全、更经济、更绿色、更和谐，同时智能电力系统是一个广义的坚强智能电网，能够有效地解除未来发展的挑战。
三、专业应用与就业方向
电气工程及其自动化的几个方向：
电力系统、电气技术、应用电子技术、高电压与绝缘技术、电机电器及其控制
1.电力系统方向
电力系统专业方向是电气工程及其自动化专业中最具有优势和特色的专业方向，为国家级一类特色专业的重要组成部分，主要培养从事高压电器设备设计、制造和运行维护等方面的高级工程技术人才。该专业方向依托电气工程一级博士学位授权学科和博士后科研流动站，覆盖了高电压与绝缘技术和电介质工程2个二级博士、硕士学位授权学科，电力系统为国家级重点学科。同时，该专业方向设置高电压绝缘技术和电气绝缘与电缆两个专业模块。
就业方向：可在电力设备制造行业从事高电压设备的设计、开发、生产和管理等工作，可在电力系统从事高压设备的运行维护方面的技术工作和管理工作，就业于电业局、供电局、发电厂，也可在科研院所从事教学和科研工作。
2.电气技术方向
电气技术是电气工程及其自动化专业的一个方向。该专业是重点专业，具有电气工程一级学位博士学位授予权，电气工程领域拥有博士后流动站，在高电压与绝缘技术、电机与电气和电力电子与电力信息处理学科具有工学硕士授予权。
就业方向：电气技术方向主要培养电气测量与控制技术方面的高级电气工程技术人才，从事电参量和磁参信息获取与处理技术研究工作，以及电气技术自动化控制领域的装置与系统的设计开发与应用研究工作。学位获得后，可在电气工程技术领域的企业、承担理论研究、技术开发、运行管理等技术工作，也可以在研究机构和高等学校从事研究与教学工作。
3.电机与电气方向
电机与电气学科在一体化电机的理论与技术方面，主要研究了步进电机、无刷直流电机、感应同步器等。在电机的电力电子驱动技术方面，研究了电动车、电机驱动系统的结构与控制策略，变频电源谐波抑制技术。在高环境、高可靠电机与电器方面，研究了高环境电器可靠性理论与技术航天电器的理论与技术、卫星姿控用飞轮的可靠性设计。在新型电磁机构的理论与应用方面，研究了特种电机、磁性流体密封、旋转轴的在线平衡、电磁成型技术。其中在步进电机和无刷直流电机等特种电机及航天电器方面具有较大的影响。
就业方向：可在电力、电子、通信、机械、交通、建筑等行业从事电子领域的研究、设计、开发、运行及管理等工作，也可以在研究机构和高等学校从事研究与教学工作。
4.应用电子技术方向
应用电子技术方向是电气工程及其自动化专业的一个特色专业方向，特点是电气与电子兼备，电力电子与信息电子相融。培养从事电气工程、电子技术、电力电子技术、自动控制、信号变换与处理等方面工作的宽口径、复合型高级工程技术人才。
就业方向：可在电力、电子、通信、机械、交通、建筑等行业从事应用电子技术领域的研究、设计、开发、运行及管理等工作，也可以在研究机构和高等学校从事研究与教学工作。
四、结束语
总之，随着我国经济的飞速发展，计算机科学与技术也在不断进步，通过计算机软硬件控制，实现电气化已成为现实。计算机模拟操作，更为现实电力系统运行状况提供了方便快捷的监视和判断功能。PC和 网络技术 已经在工商管理中得到普及。在电气自动化领域，基于PC的人机界面普遍被采用，并以其直观性、灵活性和易于集成等特点备受用户青睐。选择了电气工程及其自动化专业，就应该立志成为一位优秀的电气工程人才，让我国的电力工业不落后于国际先进水平，推动社会主义现代工业化进程。
摘 要：自动化技术在电气工程实践工作中的科学应用意义重大，能够为电力系统的安全、稳定运行提供坚实的保障基础，能够提高电网系统供电的稳定性，保证电网系统的供电质量，减少停电、断电等对社会生产、居民生活的影响。因此，作为新时期背景下的电气施工人员，在电气工程的过程中，应致力于自身专业技术水平的提升，且始终坚持实事求是的原则，结合工程实际，合理应用现代化的自动化技术，从而有效控制、监督、调节和管理整个电力系统的实际运行状态，确保电网运行的安全性，同时推动自动化技术在电力工程的广泛和深度应用，更好地发挥其积极作用，减少设备故障问题的发生，降低安全施工的发生概率，保证电网设备及电力工作人员的生命财产安全。
关键词：电气工程;自动化技术;应用;分析
自动化技术的科学应用，大大促进了电气工程的发展，因此加强电气工程中自动化技术的应用分析具有重要的现实意义。因而作为新时期背景下的电气施工人员，必须在电气工程中加强自动化技术的应用，着力提高电气工程的自动化水平，以此确保电气工程质量的有效提升。基于此，笔者结合自身工作实践，作出以下几点探究性的分析。
1 自动化技术在现代电气工程中的主要应用形式分析
电力调度自动化技术在电气工程中的应用分析
从应用角度上讲，在电力系统工程中，保证整个电网系统供、发电的安全性、经济性、优质性的基础前提实现整个电网调度的自动化。此外，电网调度自动化对电气工程的生产自动化、现代化管理也起着重要的支持作用。而目前，电力调度自动化技术在电气工程中的实践应用主要有调度主站系统、运动装置系统。根据该配置结构，电力调度自动化技术的在电气工程中的应用能够实现以下功能。
稳定、持续地监控电网系统的正常运行状态与相关动作
电力调度员在对电网的实际运行状态(比如周波指标、潮流指标、负荷指标、电压指标等)进行监控管理的同时，也可以让各电力设备在电力系统运行状态下的具体运行情况和相关工作指标(包括用电指标、用水指标等)全部得到完善、可靠的反映。而电力调度自动化技术的应用，不但可以保证上述的各项监控指标的取值满足规范要求，还可以保证电气工程的终端用户在电能、汽能及水等方面资源的需求得到满足。
保证电网系统开展调度工作的经济性、可靠性
电力调度自动化技术在电气工程的应用，可以在实现对电网运行系统的安全监督控制前提下，有效控制并合理降低电网运行过程中各种各样的能源损耗问题，同时满足现代化电气工程运行过程中的多发电、多供电等要求，确保电网调度运行的经济性和可靠性。
科学分析并有效处理电网运行状态下所发生的安全事故
实践表明，在电网运行过程中发生的运行事故或异常性运行问题，其发生的原因都十分复杂，而且大多数的运行安全事故的表现状态都是顺发行，因此，如果在实践过程中，不能科学判断并恰当处理这类电网运行事故，则会严重威胁到电力运行系统覆盖范围内的运行操作人员的生命安全与用电设备的安全。那么，从这个角度上讲，实现电力工程工作与电力调度自动化化技术的有效结合，为科学分析电网系统在不同运行状态下的运行安全性提供有利的保障，同时，还能提供对应的有效事故处理方式和电网监控策略，从而最大化地避免发生电网运行安全事故，对实现整个电网的安全运行具有重要的作用。
电气工程中发电厂自动化技术的运用分析
从目前的技术条件支持来讲，发电自动化技术的主要构成包括有动力机械自动控制、自动电压控制系统、自动发电量控制系统三方面。尤其在我国，根据发电厂的不同运行方式，一般都把国内现阶段的发电厂划分为以下两种类型：火电厂自动系统以及水电厂自动系统。但应重点注意的是，不管该发电方式是以水电为主，还是以火电为主，或者属于其他类型的发电方式，其在发电厂的自动化系统和技术运用时，都表现出不少的相似之处。具体可以分为两个方面：
电气工程中关于水电厂自动化技术的应用分析
在目前的技术条件下，为确保整个电气工程应用质量的稳定、可靠、充分发挥，往往要求水电厂自动化技术在实际应用时必须具备含有水轮发电机组系统、水轮机装置、调速器装置等在内的模块。鉴于自动化系统不同运行模式之间的差异性，水电厂自动化系统主要分为梯级综合自动化模式、单机模式、全长自动化模式、公用设备模式等类型。从实际应用方向讲，在电气工程中结合应用水电厂自动化系统及其对应技术的方式，能够显著提升水电厂在正常应用状态下的合法经济性，增加水电厂的经济效益，并为供电质量提供了坚实的保障作用。
电气工程中关于火电厂自动化技术的应用分析
火电厂自动化技术在电气工程的应用同样具有明显的综合性特征。火电厂自动化技术的主要构成包括有机炉主控系统、发电机自动控制系统、汽轮机控制系统、锅炉控制系统等方面，通过计算机的实时监视和有效数据的全面共享方式，科学保障了电气工程应用的可靠性。而从实际应用角度看，火电厂自动化技术不仅具有信息与数据综合处理功能，而且还具有自动保护运行设备功能、自动检测运行状态功能、综合管理功能、运行控制功能等。
2 电气工程中自动化技术的发展方向分析
管控一体化技术的应用
从理论角度上讲，电气工程中的管控一体化技术是指重点针对电气工程的不同通讯环节，通过自动化技术的科学应用，充分发挥相关信息数据的整合性、集成性优势。而集成控制系统在和信息管理系统进行彼此融合的过程中，能够用一种集成的综合方式把处于正常应用状态下的电气工程所应用的信息控制网络完整表现出来。
状态检修技术的应用
从应用视角上讲，电力工程中的状态检修技术可以定位为：通过设备资产管理系统在电气工程中的应用方式，重点发挥其在故障诊断、状态监视方向的综合功能，并提供状态检修设备在正常运行时的状态信息和数据，并有机结合该部分数据有效预测电气工程对应设备的实际运行状态、潜在的安全隐患或故障因素。根据这种方式，还可以实现由传统的故障检修模式向状态检修新模式的转变。从电气工程的实践应用角度讲，状态检修技术在电气工程实践工作过程中的科学应用，不仅可以有效提高其对应的电气设备的安全性、稳定性，而且有效克服了传统的定期故障检修模式存在的遗漏性问题和缺陷，为电力系统的安全运行提供了有力的保障。
3 结束语
综上所述，随着科学技术的进步发展，我国在自动化技术方面也取得了较好的成绩，尤其在电气工程中，自动化技术的应用日益广泛。基于此，本文的主要研究对象为电气工程，主要分析了电气工程中的电力调度自动化技术、发电厂自动化技术的应用，并提出了自动化技术在电气工程中应用发展方向，旨在加强与同行的沟通交流，提高电气工程中自动化技术的应用水平，促进我国电气事业的快速发展。
参考文献
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