[工学]第六章过程控制.ppt

完全抗干扰Smith 预估器 结论：理论上可以完全消除干扰并且跟随设定。 但是Gf的完全实现是不容易的 增益自适应补偿方案(1977) 改进型smith 预估器(1980) 非线性增益补偿系统 非线性和线性系统的本质区别在于是否满足“叠加原理” 实际中的系统往往不完全是线性的； 控制器 执行器 被控对象 + 检测仪表或变送器 z x e = x-z - p q y 扰动 设定值 控制器输出 操纵变量 被调 量 偏差 测量值 f 对象静态非线性特性补偿 采用阀门特性 对象静态非线性特性补偿 利用变增益调节器 变增益 控制器 被控对象 + z x e = x-z - p q y 扰动 设定值 控制器输出 操纵变量 被调 量 偏差 测量值 f 对象静态非线性特性补偿 利用函数变换器及各种运算单元 线性 控制器 被控对象 + 函数变换器 z x e = x-z - p y 扰动 设定值 控制器输出 操纵变量 被调 量 偏差 测量值 f 总结 补偿干扰 补偿迟延 补偿非线性 。。。 随着计算机和微处理器的不断发展，利用计算机不但容易实现补偿，而且方便可靠。计算机的可靠性和灵活性将给控制系统带来质的飞跃。 导前-滞后环节 对于导前-滞后环节的输出作归一化处理后得： 对于采用静态前馈控制的输出 前馈反馈控制系统 前馈控制的局限性： 前馈控制理论上要求模型静态特性准确，现实中准确的模型是很难得到的。 前馈控制是针对具体的可测扰动进行补偿，现实中可能存在多种扰动，而且并不一定可测。 前馈是快的，有智能的和敏感的，但它是不准确的 反馈是慢的但是准确的，而且在负荷条件不明的情况下还有控制能力 两种回路的相互补充，相互适应构成一种十分有效的控制方案。 前馈是解决难控的控制系统的有力工具 但也要求干扰是可在线检测的 大迟延系统 什么是大迟延系统？ 为什么要研究大迟延系统？ 有哪些控制方法适用于大迟延系统？ 这些方法都有什么样的局限性？ 什么是大迟延系统 容积迟延：当系统中存在多个容积串联情况的时候，储蓄容积而使阶跃相应向后推迟的程度称为容积延迟。例如多容水箱。 纯迟延：当控制量变化时，对被调量影响要滞后一段时间。例如原料经过管道，传输带等。 对于一个具有纯迟延的系统，可以表示为一个一阶惯性环节加上纯迟延的形式 一般地，认为 时，为大迟延系统。 为什么要研究大迟延系统？ 大迟延系统在工业过程控制中广泛存在 系统控制的难度，随着迟延占整个过程动态的份额增加而增加。控制的不好可能引起系统不稳定，从而危及设备及人身安全。 例 研究在有迟延和没有迟延两种情况下的控制效果。 常规PID 微分先行 中间反馈 兰色：常规 绿色：微分先行 红色：中间反馈 微分先行 中间反馈 结论 通过对常规PID的改造，可以在一定程度上改善大迟延系统的控制性能，但其响应速度慢，存在较大的超调。 Smith预估补偿方法(1958) Smith预估补偿方法(1958) 扰动条件下smith预估器的效果 扰动条件下smith预估器的效果 模型变化条件下Smith预估器控制效果 对象变化时的响应曲线 局限性 对于负荷扰动没有消减作用； 要求模型精确，特别是迟延时间常数，如果不准确系统的控制性能甚至会比普通的单闭环控制还要差。 这使得其难于在工业中广泛应用。 Smith 预估器的几种改变方案 过程控制系统 主讲教师：黎 明 E-mail：limingneu@ouc.edu.cn 中国海洋大学工程学院自动控制系 * 第六章 利用补偿原理提高系统的控制品质 什么是补偿原理 基于补偿原理，有哪些典型的系统 前馈控制系统； 大延迟补偿控制系统； 非线性增益补偿系统； 反馈控制存在的问题 对于对象特性呈现大迟延、多干扰等难以控制的特性，而又希望得到较好的过程响应时，反馈控制系统往往控制效果不佳。 1）反馈控制的性质意味着存在一个可以测量出来的偏差，并且用一产生控制作用，从而达到闭环控制的目的。这就是说系统在控制过程中必定存在着偏差，因此不能得到完善的控制效果； 2）反馈调节器不能实现规定它的输出值，只是改变它的输出值直到被调量与设定值一致为止，所以可以说反馈控制是依靠尝试法来进行控制的。 不变性原理 所谓不变性原理就是指控制系统的被调量与扰动绝对无关或者在一定准确度下无关，也即被调量完全独立或基本独立。 不变性原理 绝对不变性 误差不变性 稳态不变性 选择不变性 前馈控制系统 前馈控制系统 前馈控制和反馈控制的区别 干扰 设定 测量变送 反馈控制器 执行器 被控变量 对象 对象 被控