控制系统设计论文多篇

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控制系统设计论文 篇一

1电梯控制系统设计的基本情况

国民经济的迅速发展直接催生了房地产开发的热潮，因此电梯行业也从中受益。面临巨大的市场机遇，如何在已趋成熟的电梯行业里独树一帜获得更多的消费者，使公司更好更快的发展。在电梯自动控制系统研究方面应该主抓三个方面：

（1）了解电梯自动系统的控制要求，在研制初期首先要明确该电梯的使用环境、容积、载重等基本情况。

（2）电梯自动控制系统的配置。根据配置的不同在控制系统设计时应该有相应的区别，配置是整个控制系统的核心部件，确保电梯能够正常的工作。

（3）软件的设计。在要求和配置都明确之后就是要对该系统的软件开发以及研制，软件程序的开发主要有三个内容：图纸设计、核心程序的设计、电梯运行灵活性的设计等，该软件所要考虑的问题趋于全面，应能解决在使用过程中遇到的问题。

2电梯运行原理

在电梯的设计中最底层和最高层均会有信号传递按钮，在中间楼层内均由两个信号传递按钮，这四个按钮在电梯正常运行时是有明确分工的，最高层的信号传递按钮在接到信号时将信号向下传递，而当电梯在最底层时若高层或者中间层有信号输入时，那么底层的信号按钮把信号向上传递，而当电梯位于中间楼层时，有信号输入后，两个信号传递按钮会一个向下传递信号，一个向上传递信号。当乘客进入轿厢之后通过内选信号来选择楼层，在通过指定或者轿厢内部的关闭按钮将厢门关闭，在即将达到目标楼层时减速装置开始启动，在电梯运行过程中接受到正向的呼叫信心时则会在相应的楼层时开门等待，若接收到反向的呼叫时，电梯仍按照目前的运行方向继续工作直至此项任务完成之后再去响应呼叫指令。

3电梯控制系统的主要结构和内容

可编程控制器（简称PLC），它的特点是运用起来很灵活，同时数字语言也比较清晰，因此广泛应用于电梯自动控制系统。电梯的运行指令主要是由两个控制程序来实现，其一是自身内部运行控制程序，其二是外部呼叫信号，外部呼叫信号具有随机性，因此在控制的过程中不能单纯的依靠顺序或者逻辑控制方法，应该由逻辑和随机相结合的控制系统设计方案。

3.1系统的控制要求

电梯自动控制模拟系统由机械装置和PLC控制系统组成，对于电梯的基本运行采用顺序逻辑控制模式进行，电梯的运行控制是根据电梯目前的运行状态和随机信号状态进行控制的。在电梯的运行控制中，每一个楼层都要设置一个接近开关其目的是检测当前轿厢的准确位置，还有就是能明确知道轿厢的运行方向。电梯运行的状态、承载的情况、所到达的楼层均通过LED显示屏显示出来。另外还要设置电梯运行方向的互锁功能以及电梯的安全保障措施，确保电梯在运行过程中安全稳定可靠。

3.2PLC与系统的配置

在进行硬件配置时我们选用了FXIN型可编程控制器，主要是考虑其具有几个独特的优点：（1）FXIN的控制器非常灵活，除过主机单元还可以进行扩展，比如A/D模块、D/A模块、I/0模块，这些模块的都具有一些特殊功能。在I/0模块中需要设计30个点，分别是14个输入点和16个输出点，主机方面一般采用FX1N-40MR等小型的基本单元即可。（2）FX1N型号的控制器指令方面的功能相对较多，包括有27个基本指令附加有89条功能性指令，在指令的执行速度方面也较快。（3）FX1N型号的控制器内部设有状态继电保护器、辅助继电保护器、寄存器、定时器和计数器，直接能够满足电梯控制系统的需要。（4）该种控制器的编程可以使用第三方编程软件，在编程的过程中可以使用相关指令或者梯形图语言来进行。

3.3软件设计的主要特点

（1）在进行软件的设计时在同方向运行应优先考虑就近原则，这个原则在设计的过程中依据的电梯的运行方向以及具体的位置，若轿厢的运行方向是向上，但是在轿厢目前位置上方有外部呼叫信息，那么呼叫楼层所对应的继电保护器此时的状态显示为开，直到电梯到达所呼叫的楼层，继电保护装置随之关闭，就这样反复操作的过程中，继电器保护装置和呼叫开关相互合作可以完成电梯运行的所有操作。

（2）随机+逻辑控制方式。如果电梯在想某一个楼层运行时，那么所要达到的楼层有检测系统的开关，它的作用就是准确无误的对这一楼层实施判断，判断的主要内容包括该楼层的之前的呼叫信号，如果检测有呼叫信号，那么应该减速运转停止运行，如果没有检测到呼叫信号，那么轿厢将继续沿着原先的目标楼层运行。

（3）软件显示技术。通过软件显示技术可以清楚的判断轿厢的运行楼层载重情况，并将这些情况转化成SCD码然后实行数据输出，再通过硬件设备和软件系统将具体的数字显示在LED显示屏上。如果电梯在运行过程中发生故障，那么可编程控制器能够对电机实施有效的控制，将所有指令瞬时终止。

4结束语

电梯的控制系统能够控制电梯的正常运行，同时还能够保障运行过程中人们的安全，电梯自动控制系统设计是电梯技术不断发展的重要目标。随着城市化进程的加速，电梯将会获得更多的用武之地，因此电梯研究人员更应该努力创新，不断完善电梯自动控制系统保证其更加稳定安全和科学。

控制系统设计论文 篇二

关键词：家庭控制器自动监控安全防范

l引言

随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发展与提高，促使了家庭实现了生活现代化，居住环境舒适化、安全化。这些高科技已经影响到人们生活的方方面面，改变了人们生活习惯，提高了人们生活质量，家居智能化也正是在这种形势下应运而生的。

2智能家居控制系统概述

智能家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。

智能家居控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。

系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。

3智能家居控制系统功能

智能家庭控制系统的主要功能包括家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范三个方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用电话线路、计算机互联网、CATV线路、无线局域网等方式。

(1)电话线路

通过电话线路实现双向传输语音信号和数据信号。

(2)计算机互联网

通过互联网实现信息交互、综合信息查询、网上教育、医疗保健、电子邮件、电子购物等。

(3)CATV线路

通过CATV线路实现VOD点播和多媒体通信。

(4)无线局域网

通过无线收发器、天线、各种无线终端，实现双向传输数据信号。

3．2家庭设备自动监控

家庭设备自动监控包括电器设备的集中、遥控、远距离异地(通过电话或Internet)的监视、控制及数据采集。

(1)家用电器的监视和控制

按照预先所设定程序的要求对热水器、微波炉、视像音响等家用电器进行监视和控制。

(2)热能表、燃气表、水表、电度表的数据采集、计量和传送根据小区物业管理的要求所设置数据采集程序，通过传感器对热能表、燃气表、水表、电度表的用量进行自动数据采集、计量，并将采集结果远程传送给小区物业管理系统。

(3)空调机的监视、调节和控制

按照预先所设定的程序，根据时间、温度、湿度等参数对空调机进行监视、调节和控制。

(4)照明设备的监视、调节和控制按照预先设定的时间程序，分别对各个房间照明设备的开、关进行控制，并可自动调节各个房间的照度。

(5)窗帘的控制

按照预先设定的时间程序，对窗帘的开启／关闭进行控制。

3．3家庭安全防范

(1)防火灾发生

通过设置在厨房的感温探测器和设置在客厅、卧室等的感烟探测器，监视各个房间内有无火灾的发生。如有火灾发生家庭控制器发出声光报警信号，通知家人及小区物业管理部门。家庭控制器还可以根据有人在家或无人在家的情况，自动调节感温探测器和感烟探测器的灵敏度。

(2)防可燃气体泄漏

通过设置在厨房的可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，并联动关闭燃气管道上的电磁阀，同时通知家人及小区物业管理部门。

(3)防盗报警

防盗报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关，在对外的玻璃窗、门附近安装玻璃破碎探测器；住宅内区域防护是指在主要通道、重要的房间内安装被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)设防，住宅内区域防护的防盗报警设备(红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)撤防。当家人出门后，住宅周界防护的防盗报警设备(门磁开关、玻璃破碎探测器)和住宅内区域防护的防盗报警设备(被动红外探测器或被动红外／微波双技术探测器)均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，并通知家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警装置的等级和报警器的灵敏度。

(4)访客对讲

住宅的主人通过访客对讲设备与来访者进行双向通话或可视通话，确认是否允许来访者进人。住宅的主人利用访客对讲设备，可以对大楼入口门或单元门的门锁进行开启和关闭控制。

(5)紧急求救

当遇到意外情况(如疾病或有人非法侵入)发生时，按动报警按钮向小区物业管理部门进行紧急求救报警。紧急求救信号在网络传输中具有最高的优先级别，由于是人在紧急情况下的求救信号，其误报的可能性很小。

智能家居控制系统类型

4．1系统类型

智能家庭控制系统可分成采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统、LonWorks的智能家庭控制系统、KS485的智能家庭控制系统、无线网的智能家庭控制系统等类型。

4．2基本特点、功能、适用范围

(1)采用公共电话网的智能家庭控制系统采用公共电话网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第14页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了与电话线连接的收发器，利用电话网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了与电话线连接的收发器)、路由器、收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，利用原有的电话线就可实现数据信号的共网传输。

(2)采用HFC的智能家庭控制系统

采用HFC的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第15页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了CableModem，利用有线电视的HFC网络作为信息传输网。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

HFC网络采用共享方式，其共享带宽为36Mbps。当上网人数较多时，上网的速度会变慢。由于CableModem设备费用较高，用户网络的开通费用高。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器(内置了CableModem)、路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、有线电视传输网络、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成o

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，仅将原有的有线电视HFC网络进行双向改造，就可实现数据和图像信号的共网传输。

(3)采用以太网的智能家庭控制系统

采用以太网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602第16、17页。

·基本特点：家庭智能控制器内配置了以太网网卡，利用以太网作为信息传输网。以太网同时支持住户计算机和智能家庭控制系统。该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且大大地简化了布线，可以节省布线的投资。

以太网传输速率较高，传输速率有10Mbps、100Mbps等。根据传输距离的要求，由小区物业管理中心至各楼交换机采用5类以上4对对绞线、多模光缆或单模光缆，由交换机至家庭控制器采用超5类4对对绞电缆。

·系统组成：系统由系统服务器、家庭控制器、路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建和改造的智能化住宅(小区)工程，用以太网实现数据和图像信号的双向传输。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系统采用LonWorks的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计《智能家居控制系统设计施工图集如3X602第21、22、23页。

·基本特点：采用一个覆盖全部ISO／OSI标准七层通信协议、开放性的LonWork总线技术，一台系统服务器最多可连接127台LONWorks路由器，一台LonWorks路由器最多可连接63台家庭控制器。每台家庭控制器为LonWork一个通道上的网络节点，每个网络节点包括有神经元(NEURON)芯片、振荡器、电源、一个通过媒介通信的收发器和与监控设备接口的I／O设备(电路)、存储器等。

LonWorks直接通信距离可达2700m(双绞线、78Kbps)，其通信传输速度最大可达1．25Mbps(此时有效传输距离为130m)。LonWorks路由器至小区物业管理中心线路长度超过2700m时，需在总线上加装中继器。传输线通常采用双绞线，根据需要也可采用同轴电缆或电力线。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交换机、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系统

采用KS485的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第18、19、20页。

·基本特点：KS485串行接口总线为主从式网络，它的通信为半双工、采用双向单信道连接方式。RS485串行接口总线的传输介质采用双绞线，它可以高速地进行远距离传输，传输速度与传输距离的技术指标如下：传输速率为10Mbit／s时，最大传输距离是12m；传输速率为1Mbit／s时，最大传输距离是120m；传输速率为100kbit／s时，最大传输距离是1200m。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、路由器、通讯器、控制器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统特别适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程。

(6)采用无线网的智能家庭控制系统

采用无线网的智能家庭控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第24、25页。

·基本特点：利用无线作为信息传输网，该系统不仅在功能上能完全满足要求，而且从系统服务器至家庭控制器、家庭控制器至各种现场末端装置均采用无线传输方式，小区、楼内、户内无需布线，施工简单，可以节省施工的投资。

无线网的工作频率符合IEEE802．11b标准要求。

·系统组成：由系统服务器、家庭控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等组成。

·系统功能：实现家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范。

·适用范围：该系统适用于新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，且特别适用于改造的智能化住宅(小区)工程，不用敷设线路就可实现数据信号的传输。

5系统设计及产品选用要点

5．1智能家庭控制系统类型的选用

新建、扩建的智能化住宅(小区)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系统、以太网的智能家庭控制系统或采用RS485的智能家庭控制系统。改造的智能化住宅(小区)工程，宜采用公共电话网的智能家庭控制系统、HFC的智能家庭控制系统或无线网的智能家庭控制系统。

5．2家庭控制器的选用

家庭控制器的选用主要包括功能、总线技术及模块化设计、扩展功能、可按用户的基本要求进行配置等方面的选用要求。

(1)家庭控制器功能的选用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盗报警；

·家庭火灾报警；

·家庭燃气泄露报警；

·家庭紧急求助；

·远程设防与撤防；

·远程报警；

·访客对讲；

·家用电器监控；

·家用表具数据采集及处理；

·空调机监控；

·接入网接口；

·小区电子公告；

·信息查询；

·家用设备报修等。

(2)家庭控制器功能的选择

在工程设计中，家庭控制器功能的选择可参见下表所示。

5．3总线技术及模块化设计

·家庭控制器要求采用总线技术，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模块化设计，以便用户可以根据需求选择不同的模块完成不同的功能。

5．4扩展功能

家庭控制器要有一定的扩展功能，考虑能适应今后发展的需要。

5．5可按用户的基本要求进行配置应能根据用户提出有哪些被控设备及监视控制要求(功能要求)等因素，来对家庭控制器组成进行配置，包含模块种类的选择和各种模块数量的选择。设备的安装

6．1交换机、路由器、控制器、放大箱、分配箱、电话分线箱

2．在住户内安装入侵报警探测器。

具有语音对讲及控制开启楼道人口处防盗门功能。

1~2点

热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄收及远传、超限判断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。

提高级(2A)

在室内安装可燃气体泄

漏自动报警装置。且能就地

发出声光报警信号。

1．在住户内两处安装紧急按钮开关。

2．在住户内安装入侵报警探测器，在户门、及用台、外窗安装

人侵报警装置。

具有语音对讲及控镧开启楼道人口处防盗门功能。可实

现住户与安防监控中心的直接联系。

2点以上

热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄

收及远传、超限爿断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。

先进级(3A)

1．在室内安装可燃气体泄漏自动报警装置，当燃气体泄漏报警后能自动切断气源、打开捧气装置，且能就地发出声光报警信号。

2．在住户内设置火灾自动报警装置。

1．在住户内不少于两处安装紧急按钮开关。

2．在住户内安装入侵报警探测器，在户门及阳台门、外窗安装入侵报警装置。

具有语音、可视对讲及控翻开启楼道入口处防盗门功能，可实现住户与安防监控中心的直接联系。

2点以上

热能表、燃气表、水表、电度表的自动抄收及远传、超限判断、自动检查、分时计费、实时计量、管理功能。

这些设备均应安装在电气竖井内或公共走道的墙上(内)。

6．2家庭控制器

暗装(或明装)在墙内(上)，其底边距地面1．4m左右。家庭控制器应设置在住户大门附近(宜距户门0．5m以内)，且容易操作(包括设防与撤防)的地方。

6．3可燃气体探测器

安装在厨房内的燃气管道、灶具附近，当住户使用的是天然气，燃气探测器吸顶棚安装在距顶棚300ram以内的地方；当住户使用的是液化石油气，燃气探测器安装在距地面300mm以内地方。

6．4感温探测器设置在厨房内，它吸顶棚安装。

6．5感烟探测器设置在起居室、卧室等房间内，它吸顶棚安装。

6．6紧急按钮开关

设置在起居室沙发和主卧室床头附近的墙上，及卫生间的墙上。紧急按钮开关暗装在墙内，其底边距地面0．5m~1．2m。

6，门(窗)磁开关

安装在门扇和门框内或窗扇和窗框内。

6．8玻璃破碎探测器

安装在窗户和玻璃门(阳台)附近的墙上或吸顶棚安装。

6．9被动红外侵入探测器和被动红外／微波双技术探测器

安装在住户的主要通道、重要的房间内，它吸顶棚安装或安装在顶棚的墙角处。

6．10红外遥控器

安装在被控电器设备正面附近的墙上，距离不能超过红外线工作范围，且与电器设备之间没有遮挡。

7工程设计实例

以二室户型为例介绍户内的智能家庭控制系统设计，设计标准采用康居住宅先进级(3A)。采用以太网的家居控制系统，家庭控制器与户内各模块之间采用R．$485总线，家庭控制器可通过电话线或计算机网络接收控制指令、发出信息，所选用的家庭控制器具有可视访客对讲功能。家居控制系统图参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集>03X602第17页，二室户型家居控制平面图参见图1、2所示，家庭控制器与室内设备的连接参见图3所示。

在起居厅、卧室设置了感烟探测器，厨房设置了感温探测器、可燃气体探测器，各房间的窗户、阳台推拉门上及附近设置了门(窗)磁开关和玻璃破碎探测器，起居厅设置了被动红外侵入探测器，起居厅、卧室、卫生间设置了紧急按钮开关。对电、水、燃气进行计量；可对餐厅、起居厅、卧室的灯进行控制；当可燃气体探测器探测到有燃气泄漏后，联动控制关闭燃气管道上电磁阀、开启排烟风机；当有各种探测器报警后，联动警报发声器发出报警声音。

家庭控制器共提供13路输入：电度表(电度表安装在照明配电箱内)、燃气表、热能表、可燃气体探测器、感温探测器、感烟探测器、紧急按钮开关、被动红外侵入探测器、玻璃破碎探测器各1路，水表、门(窗)磁开关各2路。

家庭控制器共提供7路输出：警报发声器控制1路、燃气管道上电磁阀控制1路、排烟风机控制1路、照明控制4路。

三室户型、复式结构、别墅的智能家庭控制平面图及家庭控制器与室内设备的连接参见国家建筑标准设计<智能家居控制系统设计施工图集》03X602。

8设计中应注意的事项

控制系统设计论文 篇三

关键词：Delta算子系统；变结构控制；准滑动模态；趋近律；反正切函数

中图分类号： TP273

文献标志码：A

0 引言

在现代控制理论分析与综合中，连续系统的研究成果易于理论分析，离散系统的研究成果易于计算机仿真实现。Delta算子系统（Delta operator system）是连续系统和离散系统的统一描述形式[1]，在高速信号处理[2]、视觉伺服系统[3]等方面具有广阔的应用前景。Delta算子的采样易于观察和分析，具有良好的数字特性。利用传统的前向移位算子采样的高速系统，当采样周期趋近于零时，采样系统并不完全趋近于相应的连续系统，采样系统的极点趋近于稳定域的边界上，易产生不稳定的状态[4]。近年来，Delta算子系统的理论发展迅速，已成为计算机控制系统分析与综合的重要方法。文献[5]给出了Delta算子离散化模糊系统的鲁棒H∞控制器设计；文献[6]采用线性矩阵不等式等方法给出了Delta算子系统的非脆弱H∞滤波器设计问题；文献[7]基于有界实引理理论，设计了带有多面体参数摄动的Delta算子系统参数依赖H∞控制器；文献[8]等基于凸优化理论，给出了具有范数有界的参数不确定Delta算子系统的保性能滤波器设计。

滑模变结构控制是一种先进的非线性控制策略，其准滑动模态易于实现，在满足一定的匹配条件下，对系统内部参数摄动和外部干扰具有完全鲁棒性[9]。趋近律方法是离散滑模变结构控制器设计的常用方法，主要思想是根据准滑动模态的到达条件，保证从任意初始状态出发的系统状态轨线在有限时间内到达切换面来确定趋近律形式，再利用趋近律方法实现滑模变结构控制器的设计[10]。文献[9]提出了工程上容易实现的离散指数趋近律，所设计的滑模变结构控制系统调节精度高、响应速度快，但在平衡状态产生一定程度的抖振，影响了系统的动态性能；文献[11]利用变速趋近律设计了比例—等速—变速的滑模变结构控制，有效地削弱了准滑动模态段内的抖振，但趋近运动段的时间较长；文献[12]基于Sigmoid函数改进了离散指数趋近律，较好地削弱了系统抖振；文献[13]设计了基于扰动动态补偿的理想趋近律，直接平滑地预测扰动；文献[14]利用线性矩阵不等式技术给出了Delta算子滑模变结构控制系统的切换面存在的充分条件，分析了Delta算子系统实现滑模变结构控制的到达条件，基于Delta算子离散指数趋近律设计了不确定Delta算子系统的滑模变结构控制器；文献[15]给出了Delta算子滑模变结构控制系统的状态观测器，具有良好的动态性能；文献[16]给出了不确定时滞Delta算子系统的鲁棒滑模变结构控制器设计。

本文讨论了含有内部参数摄动和外部干扰的Delta算子系统滑模变结构控制器的设计问题。基于反正切函数的趋近律方法设计的不确定Delta算子滑模变结构控制系统，在趋近运动段内，系统状态轨线迅速趋近切换带，在准滑动模态段内，系统状态轨线快速到达平衡状态，有效地削弱了系统抖振，保证了原点的稳定性和过程的平稳性。

将上述Delta算子系统对应的连续系统进行移位算子变换后，得到的离散滑模变结构控制系统的闭环极点趋近于单位圆周，处于临界稳定状态，引起了病态问题。而进行Delta算子离散化得到的滑模变结构控制系统的闭环极点仍趋近于连续系统的闭环极点，系统是渐近稳定的。采用Delta算子离散趋近律（10）设计的滑模变结构控制系统的原点稳定性好，系统平稳性强，保持快速趋近，抖振幅度较小。改变实例仿真中的不确定项的参数，系统在趋近运动段内存在一定的偏差，而在准滑动模态段内，系统的运动过程几乎一致。由此可见，基于Delta算子离散趋近律（10）的滑模变结构控制策略具有良好的仿真效果。

5 结语

本文基于反正切函数的Delta算子离散指数趋近律方法，给出了不确定Delta算子系统的滑模变结构控制器设计，克服了传统移位算子离散化方法在高速采样系统中容易引起病态的问题。另外，具有滞后情形的Delta算子系统是一个无穷维的动态系统，结构复杂，其滑模变结构控制策略有待于进一步分析研究。

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控制系统设计论文 篇四

关键词 控制论 设计艺术学 最优值 可行性方法论

中图分类号：J50-4 文献标识码：A

1控制论的阐释

控制论是研究各类系统的调节和控制规律的科学。关于它的奠基性著作是由美国人诺伯特·维纳编著的。维纳把控制论定义为一门关于动物和机器中控制和通信的科学，即一门同时适用于生命现象与非生命现象的科学。

控制论中的“控制”具体来说，是控制动态系统在变化的环境条件下如何保持平衡状态或稳定状态。在计算机高速发展的今天，控制的基础是信息，信息传递的目的是为了控制，而控制必须靠信息反馈来实现。信息反馈是控制论的一个极其重要的概念。通俗地说，在一个超稳定的系统内，施控系统把信息发送给被控系统，被控系统输出信息反馈给施控系统。施控系统对反馈回来的信息进行分析、加工、整理，并与自己想要达到的目的进行比较，继而调整控制信息，最后，再向被控系统输入经过加工、整理后的新的信息。如此反复，逐步缩小与目标的差距，最终达到预期的目的。

2设计艺术学研究的控制体系方法

设计艺术学研究中的控制工作，是一个复杂过程，它是众多研究系统中的一个子系统。但它的实质和控制论中的“控制”一样，也是信息传输和信息反馈。从控制工作的信息传输和反馈过程可见，设计艺术学研究中的控制工作与控制论中的“控制”在概念上有相似之处：

（1）传输和反馈的基本过程是相似的。无论是设计艺术学研究控制工作还是控制论中“控制”，它们都要先确定一个标准，其次要通过这个标准去衡量成效这个过程在信息反馈完成后去实现，再次，如果出现误差，则需要采取纠正措施，使误差保持在技术达到的最小值。

（2）设计艺术学研究控制系统实质上也是一个信息反馈系统。在一个超稳定系统内，通过信息反馈，揭示研究过程中的漏洞，促进控制系统进行不断的优化，以逐渐趋于更加完美的状态。

（3）设计艺术学研究控制系统和控制论中的控制系统一样，也是一个有组织的系统。它根据系统内的反馈的变化而进行相应的调整，不断克服系统的不肯定性，而使系统保持在某稳定状态。一般把趋近于目标的反馈称为负反馈，把偏离目标，打破原有稳定状态的反馈称为正反馈。

3控制论在设计艺术学研究中的应用

设计艺术学研究是一个稳定的系统，按照控制论方法，其内部结构可以分为六个主要的子系统：确立设计研究课题，模拟设计计划，调查、分析、草案，实验、拟定设计报告书，客户评价反馈，修改定稿。每个子系统对其它五个子系统都有反馈作用。

第一步，我们应该明确设计课题的研究主题，由于设计主题中包含着思想文化、美学特征、客户形象等许多的内容，涉及到众多的方面，需要将较为宽泛的文化、美学等因素转化为比较具体明确的可操作的设计问题。同时，作为一个设计招标项目，也必须要有一个清晰地定位和明确的方向。于是在查阅分析国内外相关设计文献之后，选中一个侧重点，从中选取最具代表性，富有艺术审美与文化价值的符号或元素，由此设计几个研究方向。

第二步，当有了具体的设计主题并明确了设计研究方向之后，就开始准备为达到设计目标而要做的必要的计划工作。在工作方法上，采用控制论的方法，确定了由设计总监把握研究方向，编辑提交方案，经集体讨论修改后再有设计总监确定方案，设计小组协调整体的设计工作，这样就确保了每一阶段都能够达到阶段性的设计目标。

第三步，在广泛的的调研后，发现一个合适的设计艺术形式语言，设计出多个方案草图，经设计小组讨论初评后，每个小组都有些方案被肯定，一些被淘汰。于是，设计方案被不断整合。反映出设计研究中采用控制论方法使变量得到最大优化。

第四步，就是初评入选后的论证阶段，需要从工艺、材质、审美和客户要求作最佳的调整，这一步还需要做设计模拟实验，这是一个系列的设计。在正式设计完成提交给客户前，需要有一份详细的设计报告书。

第五步，等待客户的反馈，结果反馈给设计者后，通过反馈通道使设计者明确目标差的大小，并根据现实情况对控制器发出调整的指令，也就是通过设计的方式对产品进行调整或改良，已达到客户满意的水平，这个过程可能会是一个反复的过程，使最终产品更贴近于目标，这种控制过程就是负反馈调节，前文中已经提到，负反馈调节并不是一次性就能够完成的，它是一个循环往复、不断减小目标差、直到实现目标的过程，所以产品系统的反馈控制过程也不是一次就能够完成的，也需要一个循环往复的过程。

第六步，客户满意后，改良后的产品推入市场。这六步是一个完整的从产品设计到完成的步骤，在科学技术飞速发展，市场竞争日益激烈，产品更新换代的今天，在设计艺术学研究中导入控制论思想，关系到设计的产品是否符合未来的发展，设计的产品投入市场时是否受到欢迎。

4结语

控制论在设计艺术学研究点就是在系统出现震荡或不稳定的时候，能够通过自身的调节机制进行调节，使系统重归于稳定。本文以控制论方法为基础，分析了其设计艺术学研究中的运用，明确了设计学研究方法论的重要作用，指出控制论是对设计艺术学研究有效的一种方法。在设计出现偏离目标或不稳定状况的时候，根据系统反馈信息调整设计或改变设计的方法，能够使设计品的发展更加靠近初始目标或重新归于稳定的状态。

参考文献

[1] 李立新。设计艺术学研究方法[M].南京：南京江苏美术出版社，2010.

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