永磁同步電機是同步電機的一個重要類型，其轉(zhuǎn)子一般采用稀土永磁材料做激磁磁極，與傳統(tǒng)同步電機相比，體積和重量大為減小，而且結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護更方便。現(xiàn)代電氣傳動控制的發(fā)展趨勢之一是開發(fā)新的交流調(diào)速與伺服系統(tǒng)。無論在矢量控制還是標量控制中，轉(zhuǎn)速與位置的閉環(huán)控制都需要在電機軸上安裝一個速度傳感器，但是由于速度傳感器的引進不僅增加了成本，降低了系統(tǒng)可靠性，還存在安裝問題，效果并不十分理想。因此高性能無速度傳感器控制成為近年來電機研究的熱點。 本文在系統(tǒng)介紹卡爾曼濾波器的基礎上，將其引入到永磁同步電機無速度傳感器狀態(tài)觀測中。由于永磁同步電機是一個強耦合的多階非線性系統(tǒng)，本文采用了工程實際中普遍采用的泰勒展開式截斷的方法，對電機方程線性化處理，將卡爾曼濾波算法推廣至非線性系統(tǒng)，并加入了反映電機系統(tǒng)模型誤差和環(huán)境干擾的系統(tǒng)噪聲和測量噪聲模型，形成擴展卡爾曼濾波算法。擴展卡爾曼濾波器將電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速作為系統(tǒng)狀態(tài)變量進行實時估算，并將所得信息反饋到永磁同步電機控制系統(tǒng)中。通過仿真，與電機實際運行狀態(tài)進行比較，證明了擴展卡爾曼濾波具有良好的動態(tài)跟蹤能力和抗噪聲能力。 針對擴展卡爾曼濾波算法在無速度傳感器控制中存在的不足，本文給出了降階線性卡爾曼濾波算法。降階線性卡爾曼濾波算法重新選擇了系統(tǒng)狀態(tài)變量，建立新的完全線性化的系統(tǒng)方程，并且卡爾曼濾波算法中的系統(tǒng)協(xié)方差矩陣成為時不變序列，因此可以直接應用線性卡爾曼濾波算法。仿真結(jié)果證明，與擴展卡爾曼濾波算法相比，新的算法更加簡單，減輕了繁重的參數(shù)調(diào)節(jié)任務，易于數(shù)字化實現(xiàn)，不僅具備擴展卡爾曼濾波算法的優(yōu)勢，而且在某些性能方面超越了擴展卡爾曼濾波算法。 通過分析得知，由于將系統(tǒng)模型不確定性與測量噪聲體現(xiàn)在系統(tǒng)方程中，因此卡爾曼濾波算法在狀態(tài)估算方面具有良好的性能。本文以降階線性卡爾曼濾波 算法為理論基礎，以永磁同步電機為對象，以數(shù)字信號處理器（DSP）為核心，設計了電機狀態(tài)觀測系統(tǒng)的設計方案。整個方案在不增加成本的基礎上，充分利用數(shù)字信號處理器（DSP）豐富的資源和強大的運算能力，通過檢測電機相電流，實時估算出電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)速度傳感器，為電機控制系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速反饋信息。本文的下一步主要工作便是將此系統(tǒng)付諸實踐，應用于實際工程中，對卡爾曼濾波算法在永磁同步電機無速度傳感器控制方面的性能進行進一步研究。關(guān)鍵詞：永磁同步電機；無速度傳感器；卡爾曼濾波
上傳時間： 2013-04-24
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作為新一代直流輸電技術(shù)，基于電壓源換流器的高壓直流輸電憑借其獨特的技術(shù)優(yōu)點取得了飛速的發(fā)展，并已在新能源發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)非同步互聯(lián)、無源系統(tǒng)供電、無功補償?shù)葓龊系玫綄嶋H工程應用。在我國，VSC-HVDC的研究尚處于起步階段。本論文著重開展了VSC-HVDC技術(shù)的數(shù)學建模和控制策略的研究。論文的主要工作和取得的創(chuàng)新性成果如下： 1．建立了系統(tǒng)標么值模型，分析了VSC-HVDC的運行原理和穩(wěn)態(tài)功率特性。明確了系統(tǒng)主電路參數(shù)對運行特性的影響，在此基礎上提出了一種功率定義下的換流電抗、直流電壓和直流電容以及頻域下的交流濾波器參數(shù)設計方法。 2．設計了一種基于無差拍控制的VSC-HVDC直接電流離散控制器。針對控制系統(tǒng)存在的VSC電壓輸出能力限制、PI控制器積分飽和現(xiàn)象和離散采樣時間延遲問題，提出了相應的解決方法，推導了其電流內(nèi)環(huán)控制器與功率外環(huán)離散控制器的設計原則。 3．推導了換流站網(wǎng)側(cè)與VSC交流側(cè)功率節(jié)點以及換流電抗與損耗電阻上的瞬時功率方程，在此基礎上提出了一種換流站網(wǎng)側(cè)功率節(jié)點控制并補償換流電抗與損耗電阻消耗二倍頻功率的不平衡控制策略，設計了該控制策略下的雙序矢量控制器模型。同時針對傳統(tǒng)dq軟件鎖相環(huán)在電壓不平衡時鎖相速度慢的缺點，提出了一種基于前置相序分解的頻率自適應dq鎖相環(huán)，提高了不平衡控制算法的動態(tài)性能與穩(wěn)態(tài)特性。 4．對VSC閥在交流電網(wǎng)低電壓故障下的過流現(xiàn)象進行分析并提出了一種考慮正負序分量影響的指令電流限制器，保證了故障限流效果。分析比較了VSC閥電流裕度穿越法和指令電流限制器穿越法的特性，在此基礎上提出一種結(jié)合正負序指令電流限制器與控制模式切換的交流電網(wǎng)低電壓穿越控制方法，從而解決交流電網(wǎng)低電壓故障時系統(tǒng)穩(wěn)定與VSC過流問題。 5．在分析現(xiàn)有VSC-HVDC拓撲的基礎上，從降低電力電子器件直接串聯(lián)數(shù)目、器件開關(guān)頻率和簡化主電路拓撲結(jié)構(gòu)三個方面出發(fā)，將傳統(tǒng)直流輸電中常用的變壓器隔離式多模塊結(jié)構(gòu)引入VSC-HVDC系統(tǒng)，并針對該模塊級聯(lián)式拓撲提出一種系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制與模塊獨立運行相結(jié)合的新型控制策略。針對該拓撲下送端站存在的各模塊直流側(cè)電容電壓均衡問題，提出了一種基于有功分量調(diào)節(jié)的直流側(cè)電壓控制方法。
上傳時間： 2013-06-03
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隨著全球汽車保有量的與日俱增，能源危機和環(huán)境污染正逐漸成為制約世界汽車工業(yè)發(fā)展的瓶頸。而新興的混合動力汽車（HEV）在節(jié)能和排放上的優(yōu)越性正逐步體現(xiàn)出來。由于采用“油、電”配合的方式來驅(qū)動車體，其所搭載電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究則成為混合動力汽車研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，它直接決定著整車的動力性，燃油經(jīng)濟性和排放指標。 論文首先比較了常見的幾種電動汽車的性能，概括了混合動力汽車的優(yōu)點，介紹了混合動力汽車電機及其控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；其次探討了幾種常用交流電動機的性能優(yōu)劣，由于永磁同步電機具有高效、高功率密度以及良好的調(diào)速性能，本文混合動力汽車傳動系統(tǒng)選用永磁同步電機；根據(jù)混合動力汽車所搭載電動機在功率和扭矩上的要求以及永磁同步電機在結(jié)構(gòu)上的特點，選取了發(fā)動機電機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式；論文建立了永磁同步電動機的數(shù)學模型，分析了永磁同步電動機矢量控制的原理；設計了基于TMS320F2812DSP的永磁同步電動機矢量控制系統(tǒng)，詳細闡述了功率驅(qū)動電路，速度及位置檢測電路，電流反饋及過流保護電路，CAN通訊模塊等系統(tǒng)中重要的組成單元；軟件采用模塊化的結(jié)構(gòu)，闡述了關(guān)鍵子程序如電流采集、位置檢測程序和SVPWM產(chǎn)生子程序。 最后，搭建了實驗平臺，對硬件進行了調(diào)試和修改，通過樣機及系統(tǒng)臺架試驗，取得了大量的實驗數(shù)據(jù)，檢驗了所設計樣機的特性，發(fā)現(xiàn)其制作過程中的不足，并實現(xiàn)了電機控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制，從而達到了對混合動力汽車用永磁同步電動機控制系統(tǒng)的探索與研究的目的。
上傳時間： 2013-05-23
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應用于電動汽車驅(qū)動領域的永磁同步電機交流驅(qū)動系統(tǒng)是由永磁同步電機、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合而形成的新型交流驅(qū)動系統(tǒng)。因其具有良好的運行性能而成為當代電氣傳動領域研究的熱點之一。 永磁同步電機是一個多變量、非線性、高強耦合的系統(tǒng)，其輸出轉(zhuǎn)矩與定子電流不成正比，而是復雜的函數(shù)關(guān)系，因此要得到好的控制性能，需要進行磁場解耦。矢量變換控制技術(shù)正好適用于永磁同步電機的這種特點。 本文在數(shù)字電機控制專用DSP芯片TMS320LF2407的基礎上，以永磁同步電機為研究對象，對其矢量控制技術(shù)進行了研究和設計。 首先課題根據(jù)永磁同步電機實際物理模型，分析推導得到了永磁同步電機的三相靜止坐標系下及兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型。 接著課題對永磁同步電機運行特性進行了分析和研究。在此基礎上，課題提出了一種新型的永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上，課題提出了應用不同矢量控制策略的矢量控制方法，并對其做了仿真驗證。 結(jié)果表明，課題設計的系統(tǒng)以及應用不同矢量控制策略的矢量控制方法準確可行。 這個控制系統(tǒng)便于實現(xiàn)多種矢量控制方法，為永磁同步電機擴速增效提供了理論平臺。 在理論分析、仿真通過基礎上，課題對驅(qū)動系統(tǒng)的硬件和軟件兩個方面進行了具體的設計。 課題完成了DSP控制系統(tǒng)關(guān)鍵硬件電路的設計，并設計制作了一塊應用SCALE模塊的IGBT驅(qū)動電路，此驅(qū)動電路響應迅速、抗干擾性強，驅(qū)動性能優(yōu)越。此外，課題完成了永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)全數(shù)字化設計，調(diào)試通過了速度位置檢測、電流檢測、PI調(diào)節(jié)、坐標變換等應用模塊。 課題最后對整個系統(tǒng)的做了全面的總結(jié)，并對今后的工作方向進行了展望。
上傳時間： 2013-06-22
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無功補償對于現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運行與穩(wěn)定性來說是必不可少的。靜止無功發(fā)生器(SVG)經(jīng)過了三十多年的發(fā)展,已經(jīng)在無功補償技術(shù)上得到廣泛的應用。它具備優(yōu)越的動態(tài)性能,可以大大提高電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性,進而提高電力系統(tǒng)的輸電能力。在我國,充分發(fā)揮SVG的作用,顯得尤為迫切。 本文論述了SVG的發(fā)展概況,研究了SVG的工作原理,對大容量的主電路結(jié)構(gòu)進行了比較分析,并在此基礎上建立了SVG的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和標幺值數(shù)學模型。然后,闡述了瞬時無功功率理論,給出了無功電流檢測的具體算法,并利用MATLAB仿真軟件對該算法進行了仿真實現(xiàn)。接下來研究比較了SVG的兩種傳統(tǒng)控制策略,介紹了幾種PWM觸發(fā)技術(shù),其中著重研究了空間矢量PWM(SVPWM)的算法。利用MATLAB仿真軟件對基于傳統(tǒng)電流間接閉環(huán)控制算法的SVG進行了系統(tǒng)級仿真實現(xiàn),在與電流直接控制的SVG仿真結(jié)果做對比后,指出各自的補償特點。文章重點在結(jié)合以上算法各自的優(yōu)缺點、電網(wǎng)本身的大擾動和電力系統(tǒng)對SVG控制性能的嚴格要求后,給出了一種新型電壓電流雙閉環(huán)的控制方法。其中電流內(nèi)環(huán)采用瞬時無功電流的PI反饋控制,PI值根據(jù)系統(tǒng)數(shù)學模型中iq△δ的比例關(guān)系,采用了齊格勒-尼柯爾斯法則進行整定；而電壓外環(huán)則采用系統(tǒng)動態(tài)電壓的智能遺傳PI反饋控制,利用智能遺傳算法對PI值進行整定。用MATLAB/SIMULINK分別對兩個環(huán)節(jié)的控制算法進行了仿真,并針對外環(huán)控制器的遺傳PI算法,與PI算法的仿真結(jié)果做了對比,證明了遺傳PI的優(yōu)越性,為基于雙閉環(huán)控制的SVG系統(tǒng)級仿真打下了基礎。最后,文章利用MATLAB/SIMULINK/PSB對新型電壓電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的SVG進行了仿真實現(xiàn),并對在電網(wǎng)不同情況下的補償效果與傳統(tǒng)電流間接控制的SVG進行了分析與比較。仿真結(jié)果表明該控制方式具有更好的動態(tài)性能。
標簽： 無功發(fā)生器 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-04-24
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隨著國內(nèi)交流伺服電機等硬件技術(shù)逐步成熟，高運算能力的控制芯片與電機控制技術(shù)相結(jié)合，具有高效、節(jié)能和可移植性好等特點，這樣使得交流伺服系統(tǒng)成為現(xiàn)代電機伺服驅(qū)動系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。 本文主要是基于MCU研究和設計了交流永磁電機位置伺服控制系統(tǒng)。針對三相永磁同步電機的物理方程，通過坐標轉(zhuǎn)換，在d-q旋轉(zhuǎn)坐標系下建立轉(zhuǎn)矩方程，采用Id=0的矢量控制策略，建立一套完整的全數(shù)字交流位置伺服控制系統(tǒng)。 硬件方面，采用的是瑞薩公司專用電機控制Tiny系列芯片M30262F8作為控制芯片，并由三菱公司的第三代IPM模塊PS21564實現(xiàn)功率驅(qū)動，簡化了系統(tǒng)電路，縮小了系統(tǒng)的體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。由交流電流傳感器檢測三相定子繞組電流；由增量式磁性編碼器檢測永磁轉(zhuǎn)子位置，并設計一種比較快速的轉(zhuǎn)子初始檢測方法。 軟件方面，采用結(jié)構(gòu)化語言C和單片機M16C匯編語言混編，實現(xiàn)了單片機初始化、三環(huán)控制、電流跟隨型PWM控制，提高編寫代碼的效率，同時保證系統(tǒng)的實時控制性能；由軟件方式實現(xiàn)經(jīng)典PID控制和簡單模糊控制相結(jié)合構(gòu)成“串聯(lián)校正”閉環(huán)控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的快速性和抗干擾能力。此外，本文對控制策略進行了研究，闡述了模糊PID控制策略；還介紹了SPWM、SVPWM和跟隨型PWM調(diào)制。 實驗結(jié)果表明，本文所設計的伺服控制系統(tǒng)能實現(xiàn)電機的啟動，調(diào)速和定位等，并能達到系統(tǒng)的性能指標。
標簽： 位置伺服 控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-05-19
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隨著我國工業(yè)化進程加快，各種電力負荷迅速增加，造成了電網(wǎng)無功功率消耗增加，使電能的傳輸和利用效率降低，電能質(zhì)量中的無功功率補償問題變得越來越重要。靜止無功發(fā)生器(STATCOM)作為柔性交流輸電系統(tǒng)的重要裝置之一，是無功功率補償發(fā)展的趨勢。 論文首先介紹并比較了現(xiàn)有的無功補償裝置，分析了STATCOM相對于其他無功補償裝置的優(yōu)越性。總結(jié)了STATCOM的間接電流控制和直接電流控制兩種控制方式，并對兩種控制方式所衍生的幾種控制結(jié)構(gòu)進行了介紹，說明了其控制原理。 詳細討論了直接電流控制的幾種控制結(jié)構(gòu)，并建立了相應的仿真模型，進行了仿真和比較分析。研究了它們在穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能上的優(yōu)缺點。其中重點討論了采用空間電壓矢量調(diào)制方法(SVPWM)跟蹤給定電壓矢量，來控制STATCOM的電流產(chǎn)生，并且采用直流側(cè)電壓可變給定。仿真結(jié)果證明此種方法具有直流側(cè)電壓利用率高、降低功率器件的開關(guān)損耗、適應電網(wǎng)電壓不對稱的環(huán)境的優(yōu)點。 介紹了基于FPGA和DSP硬件開發(fā)平臺設計方法。對FPGA的控制軟件編程設計進行了詳細討論，其中重點討論了應用DSP builder。工具箱實現(xiàn)全數(shù)字三相鎖相環(huán)和SVPWM控制模塊的方法。
標簽： STATCOM 控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-04-24
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高頻開關(guān)電源系統(tǒng)具有體積小、重量輕、高效節(jié)能、輸出紋波小等優(yōu)點，現(xiàn)已開始逐步成為現(xiàn)代電源系統(tǒng)的主流。但是在傳統(tǒng)的開關(guān)電源技術(shù)中，它通常是采用模擬電路來實現(xiàn)電壓或電流控制的。近年來，隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的日益完善、成熟，微處理器/微控制器和數(shù)字信號處理器性價比的不斷提高，數(shù)字控制在以實現(xiàn)復雜的控制策略，采用數(shù)字控制具有更高的穩(wěn)定性、可靠性和靈活性，并本文對開關(guān)電源的常用拓撲結(jié)構(gòu)、模糊控制、模糊PID控制理論、PWM產(chǎn)生原理進行了研究，在此基礎上設計了一種新型數(shù)字化的開關(guān)電源系統(tǒng)。該系統(tǒng)以TMS320LF2407為控制核心，利用模糊PID控制，建立電壓環(huán)單環(huán)控制結(jié)構(gòu)，直接生成數(shù)字PWM波形，經(jīng)過IR2118驅(qū)動主電路的功率開關(guān)管(MOSFET)。 本系統(tǒng)采用模糊PID控制策略。該控制策略既能發(fā)揮模糊控制的動態(tài)響應快、超調(diào)量小、較好的適應性的特點，又能發(fā)揮PID控制的穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點，能較好的適應開關(guān)電源的非線性，實時性控制的需要。整個電源系統(tǒng)以DSP為控制核心，用單個TMS320LF2407 DSP芯片來集中實現(xiàn)電源輸出調(diào)壓和過壓過流保護等要靈活地選擇不同的控制功能。 另外，本文按照高頻開關(guān)電源的設計步驟，采用基于DSP的數(shù)字控制方式，最后對本開關(guān)電源主電路進行了PID控制和模糊PID控制的對比仿真研究。仿真結(jié)果表明這種控制策略具有很好的控制性能，算法實現(xiàn)比較簡單，同時控制模塊設計簡單，可靠性高，是一種比較實用、易于實現(xiàn)的控制算法。
標簽： PID 模糊 控制開關(guān)
上傳時間： 2013-07-01
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跑步運動是人們喜愛的運動方式之一，借助電動跑步機進行跑步運動簡單方便，已成為新的運動時尚。電動跑步機已經(jīng)成為一種大眾健身器材，市場前景極為廣闊。 目前電動跑步機大多采用有刷直流電動機或交流變頻電機作為驅(qū)動電機，本文研究采用外轉(zhuǎn)子直接驅(qū)動無刷直流電動機的電動跑步機。其主要優(yōu)點在于：一是省去了傳統(tǒng)電動跑步機的減速機構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，效率高；二是無刷電機驅(qū)動具有優(yōu)良的調(diào)速和控制性能，可以提升電動跑步機品質(zhì)，實現(xiàn)智能化；三是無刷電機驅(qū)動性價比高，更具市場競爭力。因此，進行電動跑步機外轉(zhuǎn)子無刷直流電動機驅(qū)動及控制系統(tǒng)的研究具有較高的理論意義和工程實用價值。 本文首先綜述了電動跑步機及其電機驅(qū)動的現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及外轉(zhuǎn)子無刷計特點、分數(shù)槽繞組及其控制器；應用電機磁場有限元軟件MAGNEFORCE研究了不同極/槽配合無刷電機的磁場分布和不同極弧系數(shù)對電機性能的影響；在此基礎上試制了電動跑步機外轉(zhuǎn)子無刷直流電動機樣機并進行初步性能試驗；運用MATLAB對外轉(zhuǎn)子無刷直流電動機進行系統(tǒng)仿真分析。
上傳時間： 2013-04-24
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電線電纜是國家經(jīng)濟建設的一項重要的產(chǎn)業(yè)，在鐵路通信中，皮泡皮通信電纜因為其具有與其它電纜相同性能的情況下，直徑小、成本低、重量輕的特點，得到了人們的青睞。而在單線擠塑機中的溫度控制直接影響電纜的性能質(zhì)量。溫度控制的可靠與否及其控制精度的高低己成為決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，溫度控制也成為生產(chǎn)工藝的重要組成部分。在工藝控制當中，應盡量減小其超調(diào)量、波動、響應時間和偏差，這對產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)量和原料的節(jié)省都是及其重要的。 本文主要針對擠塑機的溫度這個參數(shù)進行控制。全文主要包括以下幾個部分：首先分析了傳統(tǒng)PID、和模糊控制的優(yōu)缺點。在此基礎上，系統(tǒng)選用了模糊自適應PID控制算法。在硬件方面，在分析了系統(tǒng)控制對象的基礎上，以LPC2131為控制核心，運用MAX6675采集溫度、LCD和鍵盤作為人機交換平臺、以PWM方式對固體繼電器進行控制。軟件方面，在ARM的集成開發(fā)環(huán)境AD1.2下，利用C語言，進行了軟件的設計與調(diào)試，實現(xiàn)了硬件的配置和整體控制系統(tǒng)的所有功能。同時也實現(xiàn)了用Modbus協(xié)議與PC機通訊的下位機部分程序，并運用串口調(diào)試助手V2.2測試了其功能性。另外論文詳細的給出了控制平臺的各個功能程序模塊軟件流程。通過在實驗室對系統(tǒng)進行了模擬實驗，該控制平臺運行穩(wěn)定，可靠，實現(xiàn)了預期的功能，證明了將模糊PID算法引入擠塑機溫度控制系統(tǒng)當中，改善了系統(tǒng)的控制效果，具有更好的魯棒性和自適應能力。
上傳時間： 2013-05-23
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