【正文】 553 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 109 553 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng) ? Smith預(yù)估控制器仿真例 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 110 ? 史密斯 (Smith)預(yù)估器的不足 –對(duì)系統(tǒng)受到的負(fù)荷干擾無(wú)補(bǔ)償作用； –控制效果嚴(yán)重依賴于對(duì)象的動(dòng)態(tài)模型精度，特別是純滯后時(shí)間。 552 前饋控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 100 552 前饋控制系統(tǒng) 凝液 蒸 汽 QC ? 例：換熱器前饋控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 101 552 前饋控制系統(tǒng) ? 例：精餾塔前饋 反饋控制系統(tǒng) DFBFC FCTCTC第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 102 553 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng) ? 在工業(yè)過(guò)程控制中，由于物料或能量的傳輸延遲，許多被控對(duì)象具有純滯后。 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 81 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 比例增益對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響 KP= KP= 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 82 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 KP= KP= Ti=2 KP= Ti=1 積分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 83 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 微分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響 KP= Ti=1 Td= KP= Ti=1 Td= 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 84 純比例控制參數(shù)整定 KP=1 KP=2 KP= 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 85 比例積分控制參數(shù)整定 KP= KP= Ti=2 KP= Ti=1 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 86 PID控制參數(shù)整定 1 KP= Ti=1 KP= Ti= Td= KP= Ti= Td= 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 87 KP= Ti= Td= KP= Ti= Td= KP= Ti= Td= PID控制參數(shù)整定 2 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 88 ?其他先進(jìn)的自動(dòng)整定方法 – 基于繼電反饋控制 (relay feedback control) – 基于模式識(shí)別 (pattern recognition) – 基于專家系統(tǒng) (expert system)原理 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 89 常規(guī)控制方案 ? 串級(jí)控制系統(tǒng) ? 前饋控制系統(tǒng) ? 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng) Routine Control Scheme 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 90 551 串級(jí)控制系統(tǒng) ? 串級(jí)控制系統(tǒng)基本概念 ? 主調(diào)節(jié)回路要保證控制精度，主調(diào)節(jié)器一般采用 PID控制器 ? 副調(diào)節(jié)回路克服主要干擾，系統(tǒng)中起“粗調(diào)”作用，副調(diào)節(jié)器一般采用 P或 PI控制器。 ? 試湊時(shí)，可參考上述參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響趨勢(shì)，對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例，后積分，最后微分的 整定步驟 。 ? 偏差計(jì)算 ： – 正作用 – 反作用 )( )()( krkyke ??)( )()( kykrke ??542 數(shù)字 PID控制算法的改進(jìn) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 68 ? 標(biāo)準(zhǔn) PID算式中的微分作用 改進(jìn)后 的微分作用算式則為 正作用： 反作用： )]2()1(2)([)( ?????? kekekeKku dd? ?)2()1(2)()( ?????? kykykyKku dd? ?)2()1(2)()( ??????? kykykyKku dd542 數(shù)字 PID控制算法的改進(jìn) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 69 ?微分先行 PID控制算法示意圖 U(s) Y(s) R(s) 微分先行的 PID控制方框圖 11??sKTsTddd)11( sTKic ?542 數(shù)字 PID控制算法的改進(jìn) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 70 3. 積分分離 PID算法 –提出背景 :積分作用會(huì)產(chǎn)生較大超調(diào)和振蕩 –基本思想 當(dāng) │e(k)│＞ A 時(shí) , 用 P或 PD 控制； │e(k)│≤A 時(shí) , 用 PI或 PID控制 。(s) E(s) Gf(s) U(s) 實(shí)際微分 PID控制算法示意框圖 11)(?? sTsG ff542 數(shù)字 PID控制算法的改進(jìn) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 65 )/( ff TTTa ??? 理想微分 PID與 實(shí)際微分 PID –故： – 經(jīng)計(jì)算 ， 可得實(shí)際微分位置型控制算式 )()()()()(1)()( 39。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn) 電機(jī) 工作臺(tái) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 53 數(shù)控系統(tǒng)分類 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 ? 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) – 接受數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)指令同時(shí)，還接受工作臺(tái)上檢測(cè)元件測(cè)出的實(shí)際位置反饋信息，比較后根據(jù)差值進(jìn)行修正，消除因傳動(dòng)系統(tǒng)誤差引起的誤差 – 可獲得高的加工精度，由于包含很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，會(huì)影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。圖形分割原則應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形誤差在允許范圍內(nèi)。 – 聲光報(bào)警、報(bào)警記錄 ? 設(shè)計(jì)方法 – 全軟件報(bào)警程序 – 直接報(bào)警程序 （ 硬件申請(qǐng)中斷 ） 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 42 數(shù)據(jù)處理 越限報(bào)警處理 ? 如圖所示鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 ? 折線法 – 上述兩法都可能會(huì)帶來(lái)大量運(yùn)算 ， 為簡(jiǎn)單起見(jiàn) ，可分段進(jìn)行線性化 ， 即用多段折線代替曲線 。 ? 一般分兩類 – 限幅濾波 – 限速濾波 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 31 數(shù)字濾波 程序判斷濾波法 ? 限幅濾波 – 把兩次相鄰的采樣值相減，求出其增量（以絕對(duì)值表示），然后與兩次采樣允許的最大偏差 Δy 比較，若小于或等于 Δy 取本次采樣值，若大于 Δy 仍取上次采樣值。這種濾波方法可根據(jù)需要突出信號(hào)某一部分，抑制信號(hào)另一部分。 r(t) y(t) u(t) u(k) e(t) e(k) + D(z) H(s) T T Gc(s) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 17 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) ? 設(shè)計(jì)問(wèn)題 ? ? ?????? ??? ? )s(GSe1Z)s(G)s(HZ)z(A)z(B)z(GcTsc)z(G)z(D1)z(G)z(D)z(???)z(1)z()z(G1)z(D????定義廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為 可得上頁(yè)圖對(duì)應(yīng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 由上式求得 () () () 若已知 Gc(s)且可根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求構(gòu)造 Φ(z) ， 則可由式 ()和式 ()求得 D(z) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 18 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) ? 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)步驟 – 根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求和其他約束條件，確定所需閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù) Φ(z) ； – 根據(jù)式 ()求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù) G(z)； – 根據(jù)式 ()求數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù) D(z)； – 根據(jù) D(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 19 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) ?????????n0iiim0iiiza1zb)z(E)z(U)z(D)z(Uza)z(Ezb)z(U n0iiim0iii ?????? ????????n0iim0ii i)u(kai)e (kb)k(u由 G(z)求取控制算法可按以下方法實(shí)現(xiàn)： 設(shè)數(shù)字控制器 G(z)的一般形式為 數(shù)字控制器的輸出 U(z)為 因此，數(shù)字控制器 D(z)的計(jì)算機(jī)控制算法為 按照式上式就可編寫(xiě)出控制算法程序。設(shè)計(jì)問(wèn)題是：根據(jù)已知的系統(tǒng)性能指標(biāo)和 G(s)來(lái)設(shè)計(jì)出數(shù)字控制器 D(z)。 y(t) u(t) e(k) + G(s) e(t) D(z) H(s) T u(k) T r(t) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 6 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) ? 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)步驟 – 設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器 – 選擇采樣周期 T – 將 D(s)離散化為 D(z) – 設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法 – 校驗(yàn) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 7 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) ? (1) 設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器 – 采用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 (如頻率特性法、根軌跡法等 )設(shè)計(jì)出假想的連續(xù)控制器 D(s) 。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 20 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)技術(shù) ? 不管是按 連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 還是按 離散系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) , 都可采用 基于經(jīng)典控制理論的常規(guī)控制策略 或 基于現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)控制策略 ，采用哪種控制策略往往與被控對(duì)象的 過(guò)程特點(diǎn) 、得到的 數(shù)學(xué)模型 以及對(duì)系統(tǒng)的 控制精度 要求有關(guān)，與采用哪種方法無(wú)直接關(guān)系。適用于純滯后較大、采樣周期短的過(guò)程。 – 即 |y(k)y(k1)| ≤Δy0, 則 y(k)=y(k) Δy0, 則 y(k)=y(k1) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2020/11/4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 32 數(shù)字濾波 程序判斷濾波法 ? 限速濾波 – 限幅濾波用兩次采樣值來(lái)決定采樣結(jié)果，而限速濾波可用三次采樣值來(lái)決定采樣結(jié)果。 – 過(guò)程：先判斷測(cè)量數(shù)據(jù)處于哪一折線段內(nèi) ， 然后按相應(yīng)段的線性化公式計(jì)算出線性值 。圖中鍋爐正常工作的主要指標(biāo)是汽包水位：液面太高會(huì)影響汽包的蒸汽產(chǎn)量；水位過(guò)低則有爆炸的危險(xiǎn)。 – 由圖可見(jiàn)，顯然采用 、 和 cd 比 、 和 要精確得多。因此全閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大困難，處理不好常會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。039。 注： 1） A值需要適當(dāng)選?。? 2） Kc應(yīng)根據(jù)積分作用是否起作用而變化 542 數(shù)字 PID控制算法的改進(jìn)