纯滞后过程系统控制方式.ppt

纯滞后过程控制 主要内容 问题引出 Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 常规 PID 控制系统 常规PID控制仿真 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 Smith预估控制器 Smith预估补偿原理 Smith预估补偿原理 Smith预估补偿器 Smith预估控制器 Smith预估控制器仿真 仿真 —— 模型一致的情况 Smith预估控制器仿真 仿真 —— 模型不一致的情况 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 基本内模控制结构 内模控制器 内模控制器 内模控制的闭环传递函数 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 实际内模控制器 实际内模控制器 实际内模控制器 实际内模控制器 实际内模控制器 实际内模控制器 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 内模控制仿真1 内模控制仿真1— 设定值响应 内模控制仿真1 —— 干扰响应 内模控制仿真2 内模控制仿真2 完全的内模控制结构 控制器是内模的逆！ 是否可以实现？ 如果为负， 不稳定控制器 分子阶次比分母高 结论：理想控制器不可实现！ 用计算机很容易实现！ 根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。 首先将内部模型分为静态部分和动态部分： 控制器动态近似为模型动态的逆！ 如何实现近似？ 实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即 将模型的动态部分进行因式分解： 不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零点 可逆部分，剩余的环节 分子阶次比分母高 怎么办？ 加入一个静态增益为1的低通滤波器f 设为希望的闭环函数的时间常数 使分母的阶次不小于 分子的阶次 Tf ＝ 1 Tf ＝ 4 Tf ＝ 10 Tf ＝ 20 Tf = 1 Tf = 4 Tf = 10 Tf = 20 * * 对象1：P——2.25，I——2.25/13.2 对象2：P——0.9，I——0.9/33 对象3：P——1.125，I——1.125/13.2 此时Y‘就已经比Y提前了，达到了预报的目的。 能改善对噪声的抑止，因为闭环传递函数发生变化。 (参见仿真库/DelayControl/SmithControl1.mdl) 上面两幅图表示的是设定值阶跃响应 下面两幅图表示的是干扰阶跃响应 左边两幅图表示的是pid单回路控制 右边两幅图表示的是smith预估控制 (参见仿真库/DelayControl/SmithControl1.mdl) 右边两幅图是模型完全正确时的阶跃响应（设定值【上】，干扰【下】） 左边两幅图是模型有偏差时的阶跃响应（设定值【上】，干扰【下】） 参见仿真库/DelayControl/IMCControl1.mdl 针对某个具体系统，滤波器时间常数Tf的取值应在兼顾闭环控制精度和系统的鲁棒性中做出折中选择。 case1： case2： case3： 比例积分控制器 会发生什么情况？ case1： case2： case3： 怎么办？ 当过程的纯滞后时间与主导时间常数之比超过0.5时，常规控制器的控制效果比较差。 ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ － 关键是内部模型！ ＋ ＋ ＋ － + + + + + - + + + + + - + + + + + - 是否也能改善对噪声的抑止？ + + - + + - + + PID控制器 Kc= 1.1 Ti = 20 Kc= 10 Ti = 1 单回路PID Smith预估 模型无偏差 模型有偏差 内模控制器 不是PID控制器 如何构成的？ 情况I ：[R(s) = 0, D(s) = 幅值为1的阶跃干扰 ] 情况II ：[D(s) = 0, R(s) ≠ 0] 由基本的内模控制结构图，可得： 控制器是内模的逆！ 是否可以实现？ 纯超前环节 分子阶次比分母高 结论：理想控制器不可实现！ * 对象1：P——2.25，I——2.25/13.2 对象2：P——0.9，I——0.9/33 对象3：P——1.125，I——1.125/13.2 此时Y‘就已经比Y提前了，达到了预报的目的。 能改善对噪声的抑止，因为闭环传递函数发生变化。 (参见仿真库/DelayControl/SmithControl1.mdl) 上面两幅图表示的是设定值阶跃响应 下面两幅图表示的是干扰阶跃响应 左边两幅图表示的是pid单回路控制 右边两幅图表示的是smith预估控制 (参见仿真库/DelayControl/SmithControl1.mdl) 右边两幅图是模型完全正确时的阶跃响应（设定值【