精密测控与系统第7.1章数字控制系统.ppt

第7章 数字控制系统 过程控制的基本概念 什么是过程控制？ 什么样的控制系统才是好的？ 一个过程控制系统都包括哪几部分？ 常见过程控制方法 数字PID的分析与设计 模糊控制基础 什么是过程控制（process control)？ A modern industrial plant: A section of the OMV Oil Refinery in Austria A modern computer based rapid prototyping system 控制系统的构成 控制系统例——汽车的驾驶 控制目标（设定值） 维持汽车在正确路线上行驶 控制参数 汽车在道路上的位置 操纵参数 汽车前轮的方向 控制系统例——热交换器的温度控制 控制目标（设定值）/控制参数 Outlet temperature of product stream 操纵参数 Steam flow 控制系统的设计 反馈控制系统的关键在于 将传感器的测量值与控制器的设定值比较，利用两者的差值确定需要采取的控制动作 不仅需要计算控制参数，而且需要计算相关的成本（系统成本核算） 分析可能的控制参数 给出控制方案列表（包括经济分析） 与相关人员讨论（经理、操作员、生产/维护商等） 确定关键控制点 收集参数 确定方案、预期效果、成本核算等 Benefits of Improved Control 第7章 数字控制系统 过程控制的基本概念 什么是过程控制？ 什么样的控制系统才是好的？ 一个过程控制系统都包括哪几部分？ 常见过程控制方法 数字PID的分析与设计 模糊控制基础 第7章 数字控制系统 过程控制的基本概念 常见过程控制方法 开关式控制 简单常规控制 复杂控制 直接数字控制(DDC) 数字PID的分析与设计 模糊控制基础 温度定值控制 工业自动化常用控制算法 PID类（包括：单回路PID、串级、前馈、均匀、比值、分程、选择或超驰控制等）， 特点：主要适用于SISO系统、基本上不需要对象的动态模型、结构简单、在线调整方便。 二、简单常规控制方法 在工业过程控制中，PID控制器是主流（95%以上） Astrom K.J. Hagglund T.H. 1995, “New tuning methods for PID controllers”, Proc. 3rd European Control Conference, p.2456-62 Yamamoto Hashimoto 1991, “Present status and future needs: The view from Japanese industry”, Chemical Process Control, CPCIV, Proc. 4th Inter-national Conference on Chemical Process Control, Texas, p.1-28. 常规控制系统模型 “广义对象”的概念 简化控制系统的设计与分析； 广义对象的输入输出通常可测量，便于测试其动态特性； 只关心某些特定的输入输出变量。 基本PID 算法 基本PID 算法（P） 一、比例（P）作用： 基本PID 算法（P） 基本PID 算法（P） 比例控制器存在稳态偏差 基本PID 算法（P） 基本PID 算法（PI） 积分作用：消除稳态误差 基本PID 算法（PI） 基本PID 算法（PI） 基本PID 算法（PD） 微分作用：超前控制 基本PID 算法（PD） 比例控制器的斜坡响应特性 基本PID 算法（PD） 基本PID 算法（例） 基本PID 算法（例） M = 1kg b = 10 N.s/m k = 20 N/m F(s) = 1 开环响应（matlab)： num=1; den=[1 10 20]; step(num,den) 基本PID 算法（例） 闭环响应（比例环节） Kp=300; num=[Kp]; den=[1 10 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) 基本PID 算法（例） 闭环响应（PD） Kp=300; Kd=10; num=[Kd Kp]; den=[1 10+Kd 20+Kp]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) 基本PID 算法（例） 闭环响应（PI） Kp=30; Ki=70; num=[Kp Ki]; den=[1 10 20+Kp Ki]; t=0:0.01:2; step(num,den,t) 基本PID 算法（例） 闭环响应（PID） Kp=350; Ki=300; Kd=50; num=[Kd Kp Ki]; den=[1 10+Kd 20+Kp