[工学]2提高响应曲线性能指标的控制系统.ppt

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[工学]2提高响应曲线性能指标的控制系统

反应釜温度单回路控制系统 单回路控制系统扰动分析 对调节滞后的解决方法 反应器温度的串级控制方案 串级控制系统方块图 2.1.2 串级控制系统的分析 副回路(有时称内环)具有快速调节作用,它能有效地克服二次扰动的影响; 2.2.1 前馈控制的概念,原理 2.3 纯滞后补偿控制 2.3.1 Smith预估控制 当 0.5时,常规控制PID。 当 0.5,称大滞后过程。 PID可能得 不到满意的控制性能。 原因:对象包含有滞后 ,开环传函包含 ,由频率特性知 ,使相角滞后加大,wc 左移,可控程度下降。 如何对大滞后过程进行控制呢? 有没有办法呢? 2.3.1 Smith预估控制 将纯滞后环节置于环路之外 2.3.1 Smith预估控制 Smith预估补偿 如图,开环传函为 原因:由于开环中存在 , 使系统可控程度下降,能否把 消掉,补偿掉。 办法:加一个补偿器Gz。 2.3.1 Smith预估控制 开环传函: 2.3.1 Smith预估控制 闭环传函 对于R的输入,Y只是在时间上向后推移了L时间,但是 已不包含在特征解中,所以对系统可控制程度无影响。 等效方块图 (1) 相当于在对象中把滞后 和对象部分分离, (2) 把中间变量做为反馈。 2.3.2 内模控制 内模控制--有一个被称为内模的过程模型,控制器设计由过程模型直接求取。 特点: (1)能明显改进对纯滞后过程的控制 (2)能够对系统的鲁棒性进行调整,有一定的实用价值 2.3.2 内模控制 1. 内模控制结构、原理 如图分别表示了一般反馈控制(a)和内模控制(b)的典型方块图。 原理 情况 I R(s)=0, D(s)≠0 假设模型匹配,即 如果 可逆,即 可以实现,则令 于是,可得 ﹡表明该控制器是克服外界扰动的理想控制器。 情况 II D(s)=0, R(s) ≠0 同样假设内模完全匹配且可实现,则根据条件,结合内模控制方块图,有 ﹡表明该控制器是完全跟踪设定值变化的理想控制器。 综合情况 I 和 II,内模控制系统有以下关系式 当模型匹配时,上式简化为 实际中,理想内模控制器很难得到。原因是: (1) 模型与不同工况下的实际过程总存在误差。 (2) 有时不可实现。 为什么? 2. 实际内模控制器 实际内模控制器设计可分两步 步骤1 将过程模型作因式分解 包含纯滞后和正实部的零点,并规定静态增益为1。 步骤2 控制器按以下设计 f 为低通滤波器,且静态增益为1, 假设模型匹配 ,可得 令D(s)=0,则设定值变化的闭环传函为 ﹡表明滤波器 f 能够影响系统闭环性能。 通过调整滤波器时间常数 Tf 来改变系统性能。 Tf越小,系统调节越快,跟踪滞后越小。 Tf越大,系统的鲁棒性(对模型误差的不敏感性)越好。 内模控制优于Smith预估控制。 3. 内模控制与反馈控制关系 对内模控制方块图进行变换,令虚线方框为反馈控制方块图中的Gc则 3. 内模控制与反馈控制关系 在 时,有 ﹡表明控制器的零频增益无穷大,因此可消 除阶跃扰动引起的误差。 2.4 系统关联和解耦控制 2.4.1 系统关联分析 1. 控制回路间的关联 实际生产中,要求控制的变量以及操纵变量往往不止一对,需要设置的控制回路也不止一个。特别是这些变量之间往往以这种或那种形式相互关联,构成多输入多输出的耦合系统。在这些系统中某一回路的动态特性不仅与本回路的结构和参数有关,而且还与其他的回路的结构与参数有关。在这种情况下,多个控制回路之间就有可能产生某种程度的相互关联和相互影响。因此要分析各被控变量与各操纵变量之间的关联程度。 1. 控制回路间的关联 连续搅拌反应釜控制系统 2. 关联系统的稳定性分析 设两个被控变量和两个操纵变量的过程如图所示 开环系统的传递函数 若G12(s), G21(s)都为零,则系统无关联。对应的输入输出关系为 若G12(s)和G21(s)有一个不等于零,则称系统为半耦合或称单方向关联系统。如果两个都不等于零,则称系统为耦合或双向关联系

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