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人工智能课程,零基础的人适合学吗?能学好吗? PID算法中,积分时间、微分的时间和积分时间常数、微分时间常数之间是什么关系

人工智能课程,零基础的人适合学吗?能学好吗?

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PID算法中,积分时间、微分的时间和积分时间常数、微分时间常数之间是什么关系

尽管不同类型的控制器,其结构、原理各不相同,但是基本控制规律只有三个:比例(P)控制、积分(I)控制和微分(D)控制。这几种控制规律可以单独使用,但是更多场合是组合使用。如比例(P)控制、比例-积分(PI)控制、比例-积分-微分(PID)控制等。 比例(P)控制   单独的比例控制也称“有差控制”,输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系,偏差越大输出越大。实际应用中,比例度的大小应视具体情况而定,比例度太小,控制作用太弱,不利于系统克服扰动,余差太大,控制质量差,也没有什么控制作用;比例度太大,控制作用太强,容易导致系统的稳定性变差,引发振荡。   对于反应灵敏、放大能力强的被控对象,为提高系统的稳定性,应当使比例度稍小些;而对于反应迟钝,放大能力又较弱的被控对象,比例度可选大一些,以提高整个系统的灵敏度,也可以相应减小余差。   单纯的比例控制适用于扰动不大,滞后较小,负荷变化小,要求不高,允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。 比例积分(PI)控制   比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种,其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生,控制器立即产生控制作用。但是,不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。   积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关,而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在,输出就会不断累积(输出值越来越大或越来越小),一直到偏差为零,累积才会停止。所以,积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。   积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小,控制作用越强;反之,控制作用越弱。   积分控制虽然能消除余差,但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的,其产生的控制作用总是落后于偏差的变化,不能及时有效地克服干扰的影响,难以使控制系统稳定下来。所以,实用中一般不单独使用积分控制,而是和比例控制作用结合起来,构成比例积分控制。这样取二者之长,互相弥补,既有比例控制作用的迅速及时,又有积分控制作用消除余差的能力。因此,比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。   比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器,多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差,弥补了纯比例控制的缺陷,获得较好的控制质量。但是积分作用的引入,会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统,要尽量避免使用。 比例微分(PD)控制   比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是:当被控对象受到扰动作用后,被控变量没有立即发生变化,而是有一个时间上的延迟,比如容量滞后,此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此,人们设想:能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢?犹如有经验的操作人员,即可根据偏差的大小来改变阀门的开度(比例作用),又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况,提前进行过量控制,“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。   微分输出只与偏差的变化速度有关,而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值,不管多大,只要不变化,则输出的变化一定为零,控制器没有任何控制作用。微分时间越大,微分输出维持的时间就越长,因此微分作用越强;反之则越弱。当微分时间为0时,就没有微分控制作用了。同理,微分时间的选取,也是需要根据实际情况来确定的。   微分控制作用的特点是:动作迅速,具有超前调节功能,可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质;但是它不能消除余差,尤其是对于恒定偏差输入时,根本就没有控制作用。因此,不能单独使用微分控制规律。   比例和微分作用结合,比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象,可以减小动偏差的幅度,节省控制时间,显著改善控制质量。 比例积分微分(PID)控制   最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长:既有比例作用的及时迅速,又有积分作用的消除余差能力,还有微分作用的超前控制功能。   当偏差阶跃出现时,微分立即大幅度动作,抑制偏差的这种跃变;比例也同时起消除偏差的作用,使偏差幅度减小,由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律,因此可使系统比较稳定;而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当,便可充分发挥三种控制规律的优点,得到较为理想的控制效果。 编辑本段PID控制器调试方法 比例系数的调节   比例系数P的调节范围一般是:0.1--100.   如果增益值取 0.1,PID 调节器输出变化为十分之一的偏差值。如果增益值取 100, PID 调节器输出变化为一百倍的偏差值。   可见该值越大,比例产生的增益作用越大。初调时,选小一些,然后慢慢调大,直到系统波动足够小时,再该调节积分或微分系数。过大的P值会导致系统不稳定,持续振荡;过小的P值又会使系统反应迟钝。合适的值应该使系统由足够的灵敏度但又不会反应过于灵敏,一定时间的迟缓要靠积分时间来调节。 积分系数的调节   积分时间常数的定义是,偏差引起输出增长的时间。积分时间设为 1秒,则输出变化 100%所需时间为 1 秒。初调时要把积分时间设置长些,然后慢慢调小直到系统稳定为止。 微分系数的调节   微分值是偏差值的变化率。例如,如果输入偏差值线性变化,则在调节器输出侧叠加一个恒定的调节量。大部分控制系统不需要调节微分时间。因为只有时间滞后的系统才需要附加这个参数。如果画蛇添足加上这个参数反而会使系统的控制受到影响。如果通过比例、积分参数的调节还是收不到理想的控制要求,就可以调节微分时间。初调时把这个系数设小,然后慢慢调大,直到系统稳定。   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)0.5--3   对于流量系统:P(%)40--100,I(分)0.1--1   对于压力系统:P(%)30--70,I(分)0.4--3   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

通用软件和应用软件有区别吗? 计算机软件分为系统软件和通用软件是对的还是错的?

所谓软件是指为方便使用计算机和提高使用效率而组织的程序以及用于开发、使用和维护的有关文档。软件系统可分为系统软件和应用软件两大类。

     1系统软件

     系统软件由一组控制计算机系统并管理其资源的程序组成,其主要功能包括:启动计算机,存储、加载和执行应用程序,对文件进行排序、检索,将程序语言翻译成机器语言等。实际上,系统软件可以看作用户与计算机的接口,它为应用软件和用户提供了控制、访问硬件的手段,这些功能主要由操作系统完成。此外,编译系统和各种工具软件也属此类,它们从另一方面辅助用户使用计算机。下面分别介绍它们的功能。

     1)操作系统(Operating System, OS)

     操作系统是管理、控制和监督计算机软、硬件资源协调运行的程序系统,由一系列具有不同控制和管理功能的程序组成,它是直接运行在计算机硬件上的、最基本的系统软件,是系统软件的核心。操作系统是计算机发展中的产物,它的主要目的有两个:一是方便用户使用计算机,是用户和计算机的接口。比如用户键入一条简单的命令就能自动完成复杂的功能,这就是操作系统帮助的结果;二是统一管理计算机系统的全部资源,合理组织计算机工作流程,以便充分、合理地发挥计算机的效率。操作系统通常应包括下列五大功能模块:

    (1)处理器管理。当多个程序同时运行时,解决处理器(CPU)时间的分配问题。

     (2)作业管理。完成某个独立任务的程序及其所需的数据组成一个作业。作业管理的任务主要是为用户提供一个使用计算机的界面使其方便地运行自己的作业,并对所有进入系统的作业进行调度和控制,尽可能高效地利用整个系统的资源。

    (3)存储器管理。为各个程序及其使用的数据分配存储空间,并保证它们互不干扰。

     (4)设备管理。根据用户提出使用设备的请求进行设备分配,同时还能随时接收设备的请求(称为中断),如要求输入信息。

     (5)文件管理。主要负责文件的存储、检索、共享和保护,为用户提供文件操作的方便。

     操作系统的种类繁多,依其功能和特性分为批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统等;依同时管理用户数的多少分为单用户操作系统和多用户操作系统;适合管理计算机网络环境的网络操作系统。按其发展前后过程,通常分成以下六类:

     (1)单用户操作系统(Single User Operating System)

     单用户操作系统的主要特征是计算机系统内一次只能支持运行一个用户程序。这类系统的最大缺点是计算机系统的资源不能充分利用。微型机的DOS、Windows操作系统属于这一类。

     (2)批处理操作系统(Batch Processing Operating System)

     批处理操作系统是20世纪70年代运行于大、中型计算机上的操作系统。当时由于单用户单任务操作系统的CPU使用效率低,I/O设备资源未充分利用,因而产生了多道批处理系统,它主要运行在大中型机上。多道是指多个程序或多个作业(Multi-Programs or Multi Jobs)同时存在和运行,故也称为多任务操作系统。IBM的DOS/VSE就是这类系统。

     (3)分时操作系统(Time-Sharing Operating System)

     分时系统是一种具有如下特征的操作系统:在一台计算机周围挂上若干台近程或远程终端,每个用户可以在各自的终端上以交互的方式控制作业运行。

    在分时系统管理下,虽然各用户使用的是同一台计算机,但却能给用户一种“独占计算机”的感觉。实际上是分时操作系统将CPU时间资源划分成极小的时间片(毫秒量级),轮流分给每个终端用户使用,当一个用户的时间片用完后,CPU就转给另一个用户,前一个用户只能等待下一次轮到。由于人的思考、反应和键入的速度通常比cpu的速度慢得多,所以只要同时上机的用户不超过一定数量,人们不会有延迟的感觉,好像每个用户都独占着计算机。分时系统的优点是:第一,经济实惠,可充分利用计算机资源;第二,由于采用交互会话方式控制作业,用户可以坐在终端前边思考、边调整、边修改,从而大大缩短了解题周期;第三,分时系统的多个用户间可以通过文件系统彼此交流数据和共享各种文件,在各自的终端上协同完成共同的任务。分时操作系统是多用户多任务操作系统,UNIX是国际上最流行的分时操作系统。此外,UNIX具有网络通信与网络服务的功能,也是广泛使用的网络操作系统。

    (4)实时操作系统(Real-Time Operating System)

     在某些应用领域,要求计算机对数据能进行迅速处理。例如,在自动驾驶仪控制下飞行的飞机、导弹的自动控制系统中,计算机必须对测量系统测得的数据及时、快速地进行处理和反应,以便达到控制的目的,否则就会失去战机。这种有响应时间要求的快速处理过程叫做实时处理过程,当然,响应的时间要求可长可短,可以是秒、毫秒或微秒级的。对于这类实时处理过程,批处理系统或分时系统均无能为力了,因此产生了另一类操作系统——实时操作系统。配置实时操作系统的计算机系统称为实时系统。实时系统按其使用方式可分成两类:一类是广泛用于钢铁、炼油、化工生产过程控制,武器制导等各个领域中的实时控制系统;另一类是广泛用于自动订票系统、情报检索系统、银行业务系统、超级市场销售系统中的实时数据处理系统。

     (5)网络操作系统(Network Operating System)

     计算机网络是通过通信线路将地理上分散且独立的计算机联结起来的一种网络,有了计算机网络之后,用户可以突破地理条件的限制,方便地使用远处的计算机资源。提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统称为网络操作系统。

    (6)微机操作系统

     微机操作系统随着微机硬件技术的发展而发展,从简单到复杂。Microsoft公司开发的DOS是一单用户单任务系统,而Windows操作系统则是一单用户多任务系统,经过十几年的发展,已从Windows 3.1发展到目前的Windows NT、Windows 2000和Windows XP,它是当前微机中广泛使用的操作系统之一。Linux是一个原码公开的操作系统,目前已被越来越多的用户所采用,是Windows操作系统强有力的竞争对手。

     2)语言处理系统(翻译程序)

     如前所述,机器语言是计算机唯一能直接识别和执行的程序语言。如果要在计算机上运行高级语言程序就必须配备程序语言翻译程序(下简称翻译程序)。翻译程序本身是一组程序,不同的高级语言都有相应的翻译程序。

     对于高级语言来说,翻译的方法有两种:

     一种称为“解释”。早期的BASIC源程序的执行都采用这种方式。它调用机器配备的BASIC“解释程序”,在运行BASIC源程序时,逐条把BASIC的源程序语句进行解释和执行,它不保留目标程序代码,即不产生可执行文件。这种方式速度较慢,每次运行都要经过“解释”,边解释边执行。

     另一种称为“编译”,它调用相应语言的编译程序,把源程序变成目标程序(以.OBJ为扩展名),然后再用连接程序,把目标程序与库文件相连接形成可执行文件。尽管编译的过程复杂一些,但它形成的可执行文件(以.exe为扩展名)可以反复执行,速度较快。运行程序时只要键入可执行程序的文件名,再按Enter键即可。

    对源程序进行解释和编译任务的程序,分别叫做编译程序和解释程序。如FORTRAN、COBOL、PASCAL和C等高级语言,使用时需有相应的编译程序;BASIC、LISP等高级语言,使用时需用相应的解释程序。

    3)服务程序

     服务程序能够提供一些常用的服务性功能,它们为用户开发程序和使用计算机提供了方便,像微机上经常使用的诊断程序、调试程序、编辑程序均属此类。

    4)数据库管理系统

     在信息社会里,社会和生产活动产生的信息很多,使人工管理难以应付,人们希望借助计算机对信息进行搜集、存储、处理和使用。数据库系统(Data Base System, DBS)就是在这种需求背景下产生和发展的。

     数据库是指按照一定联系存储的数据集合,可为多种应用共享。数据库管理系统(Data Base Management System, DBMS)则是能够对数据库进行加工、管理的系统软件。其主要功能是建立、消除、维护数据库及对库中数据进行各种操作。数据库系统主要由数据库(DB)、数据库管理系统(DBMS)以及相应的应用程序组成。数据库系统不但能够存放大量的数据,更重要的是能迅速、自动地对数据进行检索、修改、统计、排序、合并等操作,以得到所需的信息。这一点是传统的文件柜无法做到的。

     数据库技术是计算机技术中发展最快、应用最广的一个分支。可以说,在今后的计算机应用开发中大都离不开数据库。因此,了解数据库技术尤其是微机环境下的数据库应用是非常必要的。

     2应用软件

     为解决各类实际问题而设计的程序系统称为应用软件。从其服务对象的角度,又可分为通用软件和专用软件两类。

    1)通用软件

     这类软件通常是为解决某一类问题而设计的,而这类问题是很多人都要遇到和解决的。例如:文字处理、表格处理、电子演示等。

     2)专用软件

     在市场上可以买到通用软件,但有些具有特殊功能和需求的软件是无法买到的。比如某个用户希望有一个程序能自动控制车床,同时也能将各种事务性工作集成起来统一管理。因为它对于一般用户是太特殊了,所以只能组织人力开发。当然开发出来的这种软件也只能专用于这种情况。

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