第8章 推理控制系统.ppt

第8章 推理控制系统 自081－3、自升101－2 在实际工业生产中，常常存在这样一些情况: 1.被控过程的输出变量不能直接测量或者难以测量，因而无法实现反馈控制； 2.被控过程的扰动也无法测量，也不能实现前馈控制。 在这种情况下，采用控制辅助输出量的办法间接控制过程的主要输出量，这就是推理控制的主要思路。 它是由美国Brosilom和Tong等人于1978年提出来的。他们根据过程输出的性能要求，在建立过程数学模型的基础上，通过数学推理，导出控制系统应具有的结构形式。 一、推理控制系统的组成 图8-13所示为推理控制系统框图。 图中：Y1(s)——过程的主要输出变量 Y2(s)——过程的辅助输出变量； G01(s)——过程主控制通道的传递函数 G02(s)——辅控制通道的传递函数； Gf1(s)——过程主扰动通道的传递函数 Gf2(s)——过程辅扰动通道的传递函数； F(s)——过程的不可测扰动； GiC(s)——推理控制部分的传递函数。 由图8-13可得 设 若已知过程数学模型的估计值，则可求出Gic(s)如下 可画出推理控制系统基本构成的框图 当辅助通道的数学模型完全匹配，即 时， 有 说明： 在扰动F(s)的来源确定之后，选择过程的辅助输出时，必须使估计器 为可实现的。 结论： 在模型准确的条件下，推理控制系统对设定值扰动具有良好的跟踪性能，而对于所选定的不可测扰动的影响能起到完全补偿的作用。 二、推理一反馈控制系统 图8-14所示的推理控制系统是一个主要由特定的不可测扰动驱动的开环控制系统。它只有在模型准确的条件下，对设定值扰动才具有良好的跟踪性能，对不可测扰动的影响才能起完全补偿的作用。但在实际中，过程模型不可能与实际过程完全匹配，因而系统的主要输出也总不可避免地存在稳态误差。 为了消除主要输出的稳态误差，应引入主要输出的反馈，但由于主要输出量又不可测，所以只好采用推理的方法估算出主要输出量，这就是推理一反馈控制系统的基本思路，其框图如图8－15所示。 由图可得： Y1(s)=G01(s)U(s)+Gf1(s)F(s) (8-4) Y2(s)=G02(s)U(s)+Gf2(s)F(s) (8-5) 上式说明，反馈信号是真实的主要输出变量，此时只要控制器Gc(s) 中包含积分调节规律，就能够保证主要输出的稳态误差为零；当存在模型误差或其他干扰而导致 可通过适当选择Gc(s)的控制规律，也能够实现对设定值变化的良好跟踪和对干扰的有效抑制。 三、输出可测条件下的推理控制系统 推理控制最初是为了解决主要输出变量不可测和扰动量不可测的问题而提出来的，其基本思想后来又被广泛应用于输出可测而扰动不可测的情况，构成输出可测条件下的推理控制。 由图可得系统的输出为 四、示例 已知某工业过程，经试验获得控制通道和扰动通道的模型为 其框图如图所示： * * 设F(s)与Y1(s)均为不可测变量。 推理控制部分的输入——过程的辅助输出变量Y2(s)， 推理控制部分的输出——过程的输入U(s)。 为了克服不可测扰动对过程输出Y1(s)的影响，需设计推理控制部分的传递函数Gic(s)。 将8－1代入式8－2得： 则Y1(s)=0 即完全克服了不可测扰动F(S)对过程主要输出变量Y1(s)的影响。 这样，推理控制部分的传函Gic(s)为 式中，E(s)满足式(8-3)。 左式表明，推理部分的传函Gic(s)取决于被控过程各通道的动态特性。 推理控制部分的输出为 进一步改写后有 推理控制部分的作用： 将不可测扰动F(s)对Y1(s)的影响推理出来得到 ，然后按 产生控制作用。 推理控制具有以下三个基本特征： 1. 实现了不可测干扰的信号分离 可见，推理控制实现了将不可测扰动F(s)对辅助输出Y2(s)的影响从Y2(s)中分离出来。 2. 实现了不可测干扰的估计 已知估计器 ，若 ，其输入为Gf2(s)F(s)。 若 则估计