许多系统是如此复杂，其正确性和行为可以很容易地或自信地预言，分析或通过经验和直觉。一个集成集成电路（IC）是这种制度的一个例子。对于设备正常运行，数百数以千计的单个电路必须严格按照计划操作。在完成隔离的错误产品可很难找出。出于这个原因，软件厂商已经开发了许多专门的电路仿真工具让设计人员模拟赛道上的表现各种经营条件和刺激下，计算机显示器的行为电路在任何一点。如果没有这样的工具，甚至中度复杂的集成电路的发展困难和昂贵得多，而且在许多情况下，几乎是不可能的.. 除了让工程师，看看他们的设计工作，计算机模拟使快速比较的替代设计。通过比较各种排列的表现一个给定的设计，工程师可以优化性能，成本，或其他可取的属性设计，受到的限制范围内，它必须功能。 最后，您可以使用计算机模拟获得系统如何定性的见解的行为。即使是相对简单的系统，可以表现出非直观，真正令人惊讶行为，这可能不是他们的数学公式明显。计算机模拟和模拟，大大资助到复杂的系统，作为生态等领域的研究，气象学和天体物理学。 10 质量 - 弹簧 -阻尼器系统 许多振动系统的最简单的模型是显示质量 - 弹簧 -阻尼系统结构图。 10.1。质量 - 弹簧 -阻尼系统许多实际结构的准确陈述或设备的例子包括加速度计（一个设备测量加速度），地震仪（为设备测量地球的振动）和振动吸收器（安装设备，用于吸收振动设备）。其他系统，如机床或压缩机上的弹性挂载，可以看作一个质量 - 弹簧 -阻尼系统为简化分析。这系统，而原油，表明大多数的现象振动系统，正因为如此，相关的，它是振动研究的基本构建块。许多振动系统的最简单的模型是显示质量 - 弹簧 -阻尼系统。
物理上，质量为M的支持与刚度常数K的弹簧和阻尼器阻尼常数K。外力X（T）是适用于群众，导致群众一个平衡的位移y（t）的测量，向上或向下移动值。 （也就是说，Y（T）= 0时不施加外力。）当质量高于其平衡值，Y（T）> 0，而当大众低于其均衡值，y（T）<0。 “它压缩的群众运动是抵制的春天（如果质量是向下移动，春天，然后行为对群众向上推）。阻尼行为耗能机械能转换成热能，叶以热的形式系统。对于例如，在汽车减震器包含一个阻尼器。
质量 - 弹簧 -阻尼系统的输入/输出微分方程是由我（T）+颐（T）+ KY（T）= X（T）执行拉普拉斯变换方程（10-9），我们得到的传递函数制度。图10.1示意图;质量 - 弹簧 -阻尼系统
通过采用MATLAB / Simulink的软件，我们可以创建一个仿真模型制度。我们可能会获得一个阶跃输入的响应图，通过设置男，K和D不同的价值观。
11运动控制
运动控制是使用权力控制的机械系统的运动。大部分现在使用电动马达运动控制。电机可以交流或直流，旋转或线性。运动控制，可以简单，只要接通电源，电机使用复杂的运动控制器多轴轮廓。我们看到的运动控制的大部分落入之一 几类：
（1） - 快速开/关控制，易于实现;（2）步进电机 -小负荷小，价格便宜，良好的定位; （3）变频器/变频调速器 -用于控制较大负载;（4）伺服电机 -价格昂贵，很好的定位，加速快; （5）多轴，2D或3D的控制，包括数控和机器人。
通常有三种使用运动控制：定位，速度和转矩控制。简单的开/关控制运动控制的最简单的类型。对于电动机，你有一些排序继电器（首发），仅仅适用于电机功率。注意：你还必须有保险丝或断路器，过载保护，以及其他安全机制。我们通常安装某种反馈表明，电机的实际运行。例如，一个传感器将被放置在 感的议案，并提供确认系统，输送机，其实是一个输送移动..
自动化系统中的反馈始终是一个好主意。例如，假设你有一个倾销到移动输送机每分钟20部分。如果输送机驱动马达会失败然后，你每分钟有20个被弃置在彼此的顶部（在地板上，等）的部分。
步进电机磁场是在小的步骤，以旋转的小型马达使电机旋转。步进电机通常需要一个控制器和一个驱动器。 “控制器读取命令，如平方秒，速度10加速20％革命每秒，距离2.3英寸的革命，走了，自动生
成移动配置文件该坡道速度高达20 RPSS加速到10的RPS，保持10 RPS速度然后减速电机。步进电机和控制器是最便宜的之一方法得到准确的定位，但步进电机只能处理小负荷。相反的是有些人告诉你，你可以对步进电机的编码器，以减少电机的影响滑
低端变频器变得如此便宜，这是证明他们即使是简单的开/关控制。使用逆变器/变速驱动器的另一个优点是你的反馈。该驱动器会告诉你的电压，电流和其他有关数据应用。所以不仅是你得到控制，但也监测以及能力
伺服电机有更多的扭矩比步进电机和能力，而且成本约步进马达的两倍多。多年前，伺服电机是很难处理，因为你不得不调整电机和控制器。现在大多数伺服控制器自动调整电机及其控制器。重要的是要调整电机负载连接后，使控制器可以看到系统上的负载的影响。伺服电机是已知的非常准确，快速，高扭矩，精确的控制
CNC（计算机数控控制）是一个多轴伺服系统使用一种特殊的摹代码的语言。 G代码，有助于使所有控制器都运行相同的程序，虽然它通常并非如此简单。机械设计师，联系实际，可以在AutoCAD中生成的部分，或类似的软件，运行程序，生成的G代码，其下载到CNC控制器，负载金属的股票机，按下启动按钮，机器将会使一部分。
运动技术最进步由于固态设备和通信。今天，你可以得到廉价的电子控制器做简单的控制，监测和保护复杂的CNC和机器人控制器。通信如PROFIBUS，最近以太网网络，让运动控制紧密集成控制器和SCADA系统。即使所有的技术进步，设计师和运动控制的用户仍需要采取一些额外的时间，第一站，并考虑
议案，把该系统之前，可能产生的后果。
12倒立摆控制
平衡一个人鈥檚手扫帚的问题是类似的问题控制导弹在发射的初始阶段的态度。这个问题是经典倒立摆的有趣的问题，装上车，如图所示。 12.1。 “车必须移动，因此，质量为m始终处于直立位置。只有平衡条件是胃（T）=0和胃（T）=0。
状态变量必须对角旋转胃（T）和位置车Y（T）。可描述系统的运动微分方程写在水平方向上的总和的部队和有关时刻的总和支点。我们将假设M M和胃的旋转角度非常小，所以，方程是线性的。在水平方向上的力量的总和
U（T）等于上车的力量，和L的质量为m的支点的距离点。对支点的力矩的总和为两个二阶方程的状态变量选择：1X=2X= Y，Y，3胃和4 X = X =胃。然后的状态向量T T12 34 ×（T）=[X，X，X，X]=[Y，Y，胃，胃]
都写在状态变量方程（12-1）（12-2）2 4 MX + MLX鈭U（T）= 024 30 X + LX鈭GX=为了获得必要的一阶差分方程，我们解决了在方程4 LX（12-4）代入式（12-3）取得（注：M M）2 3 MX+ MGX= U（T）（12-5）从方程（12-3）代入式（12-4）的2倍，我们有该系统的状态方程X（T）= AX + BU（12-7） 因此，系统矩阵
13 显示仪表
一般来说，指标包括一个装配，生产和控制的议案指针到一个固定的规模，还是规模，与固定点或议案参考线，或介绍，以数字形式的数据（数字或字母）。在这个基本框架有变化分数。
另一种分类将打破显示仪表分为三类：（1）例如机械设备类型，熟悉的拨号式压力表或上升或下降列汞在温度计或晴雨表，设计（2）光学类型在移动指针，可失重束的辐射的，例如，光束型振或一个阴极射线管（CRT）的许多配置和相关电子显示管指标，（3）机电，电光组合，和甚至电化学原理。
为方便起见，这些指标也可能被列为其中全部或模拟指标一个校准规模的一部分，使观察者看到在连续指示的证据这样讲反对的全部或部分的总的范围内摆动指标可能，和数字其中信息的指标显示在一块的时间。除了高精度数字式指标，报警和报警器上pseudodigital的原则运作，在他们只表示一定在使用彩色灯光或牛角和铃铛的情况下转到/ NO - GO类型说明已超过限制。
有几种形式，除了非常特殊的指示，合理罕见目的，说明仪器的工程师们应用到的数据显示，别出
心裁问题。测温锥和彩色蜡笔和油漆，这表明（历史）是否一定温度范围内已超出实际需要的服务在某些高温测量的情况下，特别是在运动，在隧道窑，参与。手动操作，光学高温计配色也存在一个不寻常的，有趣的说明格式。
显示仪表也可分为速度，除非与任期快速记录的手段，必须属于人类的识别和解决的能力。虽然这些特点各不相同，从一个人，下，标准24帧每秒电影设备预计是人类的指示传感个别事件的时间限制。在选择最合适的（包括经济上的理由）说明文书机制，设计者必须考虑测量设备以及整体响应时间的相关重要性测量数据和运营商/仪器接口鈥并在这样做，的，因而不会overengineer或underdesign显示模式。
14 介绍控制工程
每当能源是故意要使用某种形式的管制是必要的。在最近次已有了相当的进步，在艺术的自动控制。 在一个简单的离心调速器系统，在发动机转速的变化检测和使用控制蒸汽进入发动机的压力。在稳定的条件下下的那一刻金属球的重量平衡，由于离心力和蒸汽阀门开放只是足以维持发动机转速在所要求的水平。当一个额外的负载扭矩是发动机，它的速度将趋于下降，离心力将下降，金属球将趋于小幅下降。他们的身高控制蒸汽阀门开幕现在打开进一步允许对发动机的蒸汽压力更大。因此速度趋于上升，抵消了原来的速度下降的趋势。如果被删除，额外负荷逆过程发生时，金属球往往小幅上涨，因此抚育关闭蒸汽阀和抵消任何的速度上升趋势。
这显然是没有总督的速度会落在土地相当。然而，在正确设计的系统与一个总督，在速度上的下降将非常少。真正的问题是在这种类型的所有系统合成，以防止过度振荡，但同时产生良好的“调控”。稳压器是用来保留一些物理量常数（如速度，电压，液位，湿度等），无论负载变化。一个良好的稳压器具有非常小的调节。
1914年至1918年战争造成的军事工程师们意识到，要打赢要重群众位置（如坚船利炮）准确，快速。经典作品在1920年初的船舶自动转向和由N在美国Minorsky自动定位在船上的枪。 1934年，H. L.哈森首先定义了一个作为功率放大设备的伺服放大器的元素在其中驱动输出驱动伺服输入和输出之间的差异。最近，它已有人建议，“伺服系统”或“伺服”一词加以限制，以反馈控制系统中，控制变量是机械位置。 中遇到的各种大型工业过程自动化控制，制造和化工，食品和金属处理，已经出现在过去的三年作为一个极其重要的部分，一般控制工程领域。在初始发展阶段，这是几乎没有意识到，过程控制理论密切伺服机构和监管的理论。即使如今完成学业过程控制系统的设计几乎是不可能的，由于我们对穷人的理解动力学的进程。 伺服机构和监管机构通常用来作为例子来说明分析方法。然而，这些方法通常适用处理控制系统。
15热电效应和温度测量
他们出现时使用不同的金属，在不同的电路连接温度。 热电电压的错误最常见的的低电平电压源测量。
在此背景下，两个热电效应是重要的。首先，塞贝克效应电流的流动而产生两种不同的金属电路路口时在不同温度下。其次，汤姆逊效应描述了一个生产在相同的材料在不同温度下的两个点之间的电动势。 每个金属对金属的交界处产生电动势成正比，其温度和必须采取预防措施，以尽量减少热电偶电压和温度变化在低平电压测量中。最好的连接是使用铜 -铜形成轧花连接。表15-1列出了铜和其他金属的热电电压常见于电子。
热电偶重复性好，体积小，价格便宜。这并不奇怪因此，他们常用来测量温度。
在图 15.7，如果参考结J2是在一个已知的温度下举行，J1的温度可以通过使用标准表测得的电压差推断出。维护恒定的参考温度往往是不便，但专门的集成电路（如AD594/5）称为“电子冷路口”可用。他们创建和监视参考自己的包装内的交界处，包括精密直流放大器自由化电路。
16整定PID控制器 PID算法是最流行的的在使用过程中的反馈控制器
行业。它已成功地用于50岁以上。这是容易理解的一个强大的 尽管不同的动态算法，它可以提供优良的控制性能 特色工艺厂。
控制器调整涉及KC，钛和TD的最佳值的选择（如果PID 所使用的算法）。这往往是一个主观的过程，是一定的过程依赖。 文献中已经提出了一些方法，在过去的50年。然而，最近的调查表明： （1）30％安装的控制器操作手册。 （2）30％的循环增加变化。 （3）25％的循环使用默认设置。 （4）30％的循环设备的问题。
一个可能的解释是这个过程的动态缺乏了解，缺乏 PID算法的或知识的缺乏有效的调整程序的了解。 本节的音符集中在PID调节程序。建议是，如果 PID能有多大的范围，以改善经营业绩的适当调整 化学工艺厂。
当调谐PID算法，一般目的是为了匹配一些先入为主的“理想”闭环系统的响应曲线。下面的响应型材是典型的。通常情况下，精确的设定值以下级别的系统是没有必要的，因此比例
经常被用来控制。可慢，因为温度循环动力学过程传热滞后。死区时间是可能的，尤其是在热交换器和温度通常不嘈杂。因此PID控制通常是首选。一般快流循环动力学（为了秒）。控制阀的动态通常在循环中最慢的。流系统大声喧哗。然而，噪声通常可以处理简单地通过降低增益。 17开关模式DC- AC逆变器介绍
开关模式的DC - AC逆变器用于交流电机驱动器和不间断交流电源
供应目标是产生一个正弦交流输出的幅度和频率既可以得到控制。作为一个例子，考虑一个交流电机驱动器，Fig.17.3块图表的形式。整顿和过滤线电压，最常见的是通过直流电压二极管整流电路。交流电机的负载，在其终端电压所需的正弦和其幅度和频率可调。这是完成开关模式的DC - AC逆变器图。 17.3，它接受输入的直流电压和生产所需的交流电压输出。
要精确，逆变器开关模式图。 17.3是转换器通过功率流是可逆的。然而，功率流的大部分时间是从直流侧交流侧的电机，要求逆变器的操作模式。因此，这些开关模式转换器往往简称为开关模式逆变器... 要减慢图17.3交流电机。 动能的惯性电机及其负载的恢复和交流电机作为发电机的行为。在所谓的制动电机，电源从交流侧流向开关模式转换器的直流侧和在整流模式进行操作。在交流电机制动回收的能量可消散在一个电阻，可以切换直流母线电容器与此并行在图的目的。 17.3。然而，在执行此制动应用频繁，更好的办法是再生制动能源回收电机的负载惯量反馈到电网，在所示系统图。 17.4％。这就要求该转换器将驱动器连接到电网是一个两象限变流器与一个可逆的直流电流，这可以作为整流器在驾驶交流电机的模式，并作为在逆变器制动电机。这种可逆的电流两象限变流器，可实现两个背回连接线频率晶闸管转换器或开关模式转换器如图。 17.4.There是因为大部分时间，电源等原因，使用这种开关模式整流器（称为整流器从AC线路输入到直流母线）的流动与公用工程系统的驱动器接口。一个详细开关模式整流器的讨论推迟到其他文件，处理问题有关电力电子设备与电网的连接。
我们将讨论与单相和三相交流输出逆变器。输入到开关模式逆变器将被假定为一个直流电压源块假设图图。 17.3和图。 17.4％。这种逆变器被称为电压源逆变器VSI）“。其他类型，目前只用于非常高功率的交流电机驱动器，变频器电流源逆变器（CSI）的直流逆变器的输入是直流电流源。由于其有限的应用，电流源逆变器（CSI）的直流输入到逆变器是一种直流电流源..
电压源逆变器可进一步分为以下三个一般 类别：
脉冲宽度调制（PWM）逆变器。在这些逆变器，输入直流电压基本上是恒定的幅度，如在图电路。1。 17.3，其中一个二极管整流用于改善线路电压。因此，逆变器必须控制的程度和交流输出电压的频率。这是通过脉冲宽度调制（PWM）的被称为PWM逆变器逆变器开关，因此这样的逆变器。有不同的计划脉冲宽度调节逆变器开关，以形成输出电压要尽可能靠近尽可能的正弦波。
2。方波逆变器。在这些逆变器输入直流电压控制，以控制输出交流电压的幅度，因此逆变器只控制输出电压的频率。其输出交流电压的波形类似方波因此，这些逆变器被称为方波逆变器。
3。单相逆变器电压取消。在与逆变器的情况下单相输出，它是可以控制的幅度和频率变频器输出电压，变频器的输入，即使是一个恒定的直流电压和逆变器
开关脉宽调制（因此输出电压波形是像一个正方形波），因此，这些逆变器结合前两个逆变器的特点。它应注意电压消除技术与单相逆变器只三相逆变器。
开关模式逆变器的基本概念
在本节中，我们会考虑开关模式逆变器的基本要求。对于简单，让我们考虑一个单相逆变器，以方框图的形式显示在图17.5，变频器的输出电压是使UO可以被假定为筛选正弦。由于逆变器提供一个感性负载，如交流电机，IO滞后UO。 “输出波形显示，间隔1期间，UO和IO都是积极的，而在间隔3，UO和IO都是负面的。因此，在间隔1和3，瞬时功率流宝（= uoio）是从直流侧交流侧，相应的逆变器的操作模式。在相比之下，UO和IO的符号相反，在间隔2和4，因此PO从交流侧流向逆变器的直流侧，对应的整流器运作模式。因此，开关模式逆变器图。 17.5必须能够在所有操作IO - UO平面的四个象限，在每个周期的AC输出。这样一个四象限变频器中首次引入了其他部分，它表明，在全桥转换器，IO可逆和UO可以任一极性独立的IO方向。因此，全桥变换器符合要求的逆变器开关模式。
18模糊逻辑与模糊控制介绍
“模糊逻辑”已成为在机械控制的共同的流行语。然而，这个词本身激发一定的怀疑，听起来等同于“半桶水的逻辑”或“假逻辑”。有些可能有其他的命名是可取的，但现在为时已晚，和模糊逻辑实际上是非常简单。
例如，考虑防抱死制动系统，微控制器芯片的指示。 “微控制器有制动温度，速度，并在系统中的其他变量的基础上作出决定。
在这个系统变量“温度”，一个“国家”的范围，如可分为冷，冷静，温和，温暖，热，很热。定义这些国家的边界是一个有点棘手。一个阈值可以设置为意分从“热”的“热情”，但是这会导致不连续的变化，当输入值超过该阈值通过。
解决这个问题的办法就是让国家“模糊”，就是让他们逐步改变从一个状态到下一个。您可以定义输入温度使用“会员国如下面的功能“：
有了这个计划，输入变量的状态不再跳突然从一个状态到下一步。相反，随着温度的变化，它失去一个隶属函数值而争取在未来的价值。在任何一个时间，“真理的价值”的刹车温度几乎总是在某种程度两个隶属函数部分：0.6名义及0.4温暖，或0.7名义和0.3凉爽，依此类推。
一般在模糊控制系统的输入变量映射到套隶属函数与此类似，被称为“模糊集”。转换过程中清脆一个模糊值的输入值是所谓的“模糊化”。
控制系统可能也有各种类型的开关，或“开 - 关”，连同其投入模拟输入，当然，这种开关的投入将始终有一个真理的价值等于1或0，但该计划可以对付他们的简化，是一个值或模糊功能另一个。鉴于“映射”输入变量的隶属函数和真值，微控制器然后做了一套“规则”的基础上采取何种行动的决定，每个形式： 如果制动温度是温暖和速度不是很快制动压力略有下降。
在这个例子中，两个输入变量是“刹车温度”和“速度”，已值定义为模糊集。输出变量，“制动压力”，也是一个模糊集定义像“静”，“略有增加”，“略有下降”，等等，可以有值。
这种规则本身是非常令人费解，因为它看起来像它可以不打扰的情况下使用模糊逻辑，但要记住的决定是基于一组规则：所有适用的规则被调用时，使用的隶属函数和真值获得输入，以确定规则的结果。 这反过来的结果将被映射到一个隶属函数和真理的价值控制输出变量。
这些结果结合起来，给一个特定的（“脆”）的答案，实际的制动压力，一个被称为“模糊化”过程。 传统的控制系统是基于数学模型控制系统使用一个或多个微分方程定义其输入系统响应的描述。这样的系统往往是实施“比例 - 积分 -微分（PID）控制器。他们几十年的发展和理论分析的产品，深受有效。
如果PID等传统控制系统这么发达，为什么还要用模糊控制？它具有一定的优势。在许多情况下，控