数字控制器设计(l).ppt

放大环节、惯性环节与积分环节的串联： 举例：设计某炉温控制系统，目的是使炉温保持恒定。 压力恒定时炉温控制结构框图 加热炉 - + 情况A：如果煤气管道中的压力恒定，阀位与煤气流量保持一定的比例关系，一定的阀位对应一定的流量，对应一定的炉温。此时只需要利用温度设定值与实际出料温度的偏差来控制管道上的阀门，就可以实现控制要求。 加热炉 TC 出料 进料 空气 阀门 煤气 温度设定 温度变送器 主回路 工作原理图 实际情况B：煤气总管同时向很多炉子供应煤气，煤气管道中的压力不恒定，阀位不能保证一定的流量，引起炉温的变化。单回路控制时，只有在炉温发生偏离后才会引起调整，因此时间滞后很大，不能获得满意的控制效果。 干扰因素：控制器输出的理想的煤气流量与实际流量不一致。能不能把实际的煤气流量也当作一个被控对象，对其进行及时的检测、控制调节呢？ 措施：在主回路中增加煤气流量控制副回路，副回路管道短，滞后时间短，由它直接控制阀门开度，控制及时—串级控制。 压力不恒定时炉温与煤气流量串级控制结构框图 流量 炉温 - - + + 串级工作原理图 温度变送器 加热炉 TC 出料 进料 空气 阀门 煤气 温度设定 主回路 FC 流量设定 副回路 流量变送器 结果：副控制回路自成闭环，可以保证流量的恒定。主控制回路在系统中根据温度的实际要求来确定应有的流量设定值。 主回路的变化慢，与最终的被控对象一起构 成闭环回路； 副回路变化速度快。 主、副回路的确定方法： 校正作用比单回路控制系统快，由于副调节器及时的校正作用，减少了进入副回路的干扰对被控量的影响； 适应性较强，当对象的操作条件或负荷变化时，主调节器能自动校正副调节器的给定值，副调节器是一随动系统。 串级控制的特点： 6.5.2 串级控制算法 不管串级制有多少级，计算的顺序总是从最外面的回路向内进行。当主、副回路均采用PID控制规律时，计算步骤为： 1）计算主回路的偏差 。 2）计算主回路控制器 的输出 。 分别为主回路的比例系数、积分系数和微分系数。 3）计算副回路的偏差 。 4）计算副回路控制器 的输出 。 分别为主回路的比例系数、积分系数和微分系数。 6.6 前馈-反馈控制 主要知识点: 6.6.1前馈控制的结构 6.6.2前馈-反馈控制的结构 6.6 前馈-反馈控制 反馈控制是按照偏差进行控制的，其思想属于后发制人； 前馈控制是按照扰动量进行补偿的开环控制，其思想属于先发制人； 如果控制算式和参数选择适当，前馈控制可以达到很高的控制精度。 6.6.1 前馈控制的结构 前馈控制的结构图如下: G (s) Dn(s) Gn(s) n u u1 un y1 y2 + + + + y Gn(s)是被控对象扰动通道的传递函数；Dn(s)是前馈控制器的传递函数；G (s)是被控对象控制通道的传递函数；n、u、y分别是扰动量、控制量和被控量。 假定u1=0,则有： 若使前馈作用完全补偿扰动作用，应使扰动引起的被控量变化为零，因此完全补偿的条件为： 可以得到前馈控制器的传递函数为： 6.6.2 前馈-反馈控制的结构 前馈控制的不足如下: 不存在被控量的反馈； 该控制是针对具体的扰动进行补偿的； 控制模型的精度受到多种因素的限制。 为了克服前馈控制的不足，将前馈控制和反馈控制结合，形成前馈—反馈控制： 发挥前馈控制作用及时的优点； 保持了反馈控制能克服多个扰动、具有对被控量实行反馈检测的优点。 前馈—反馈控制的结构图如下: y G (s) Dn(s) Gn(s) n u u1 un y1 y2 + + + + D (s) e + _ r 6.6.3 前馈-串级控制的结构 前馈—串级控制的结构图如下: y G2 (s) Dn(s) Gn(s) n u u1 un y1 y2 + + + + D1 (s) e1 + _ r G1 (s) D2 (s) e2 _ 前馈—串级控制能及时克服进入前馈回路和串级副回路的干扰对被控量的影响； 前馈控制的输出不是直接作用于执行机构，而是补充到串级控制副回路的给定值中，降低了对执行机构动态响应性能的要求。 6.6.4 数字前馈-反馈控制算法 计算机前馈-反馈控制系统方框图 y(t) T T 零阶保持器 － n(t) + + 计算机 对象 r(t) + T e(kT) u1(kT) + u(kT) un(kT) Dn(z) T + H(s) D(z) G(s) Gn(s) 若 令 ，则 式中 由式（6-87）可得前馈调节器的微分方程 假如选择