smith純滯后系統(tǒng)控制器分析與設(shè)計(jì)-資料下載頁
2025-02-04 00:12本頁面
【導(dǎo)讀】在現(xiàn)代科學(xué)的眾多領(lǐng)域中，純滯后對(duì)象的控制一直是人們研究的重要課題。早期的研究主要是運(yùn)用線性系統(tǒng)的經(jīng)典方法對(duì)純滯后系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。統(tǒng)進(jìn)行根軌跡的分析綜合等。予充分的考慮就可以了。這時(shí)實(shí)際的控制效果不會(huì)與設(shè)計(jì)要求相去甚遠(yuǎn)。只要對(duì)象的模型較精確，Smith方法的效果是比較理想的。魯棒控制、變結(jié)構(gòu)控制、H?的系統(tǒng)中來，并取得了一定的成果。制技術(shù)，得到了充分的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。尤其是它與傳統(tǒng)的控制技術(shù)相結(jié)合，成功地。始變化的時(shí)刻的這一段時(shí)間。存在時(shí)間延遲的對(duì)象就稱為具有純滯后的對(duì)象，簡(jiǎn)稱為純。系統(tǒng)的精度控制，甚至?xí)斐上到y(tǒng)不穩(wěn)定。通常認(rèn)為當(dāng)被控對(duì)象時(shí)滯與其瞬態(tài)過程時(shí)間。有些系統(tǒng)滯后較小這時(shí)人們?yōu)榱撕?jiǎn)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，忽略了滯后；減弱閉環(huán)系統(tǒng)中純滯后因素的影響。館內(nèi)溫度的控制也是如此。這時(shí)起始端物料流量的改變要引起終端產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)發(fā)生改變，必然要經(jīng)過。較明顯的超調(diào)和較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間。析儀表及質(zhì)量?jī)x表中較常見。
【正文】 在常規(guī)模糊控制系統(tǒng)中，當(dāng)偏差較大時(shí)，采用模糊控制，主要是為了提高控制速度 。當(dāng)偏差較小時(shí)，采用 PI控制，目的是提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。 模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì) 當(dāng) ?)(te ，系統(tǒng)采用模糊控制。模糊控制器的輸入為 E 和 EC，輸出為 U。設(shè)定E,EC,U的論域均為： {6， 5， 4， 3， 2， 1,0， 1， 2， 3， 4， 5， 6}。對(duì)應(yīng)的模糊語言子集為： {NB負(fù)大 ， NM負(fù)中 ,NS負(fù)小 ,Z0零 ,PS正小 ,PM正中 ,PB正大 }。隸屬函數(shù)采用正態(tài)分布函數(shù) ))(( 2j ibaxe ?? ，函數(shù)曲線 （ 如圖 43） 所示： 圖 43常規(guī)模糊控制器的隸屬函數(shù)分布 系統(tǒng) 通過量化因子 ke,kec將偏差 e,ec轉(zhuǎn)換為模糊控制器的輸入 E和 EC；通過比例因子 ku將模糊控制器的輸出 U轉(zhuǎn)換為實(shí)際控制量 u。 假設(shè) e,ec的論域分別為 [x1,x1],[x2,x2],則 ke,kec的取值為 ： 16xke? （ 41） 26xkec? （ 42） E,EC取值為 ： ???? ekeE （ 43） ???? eckecEC （ 44） 式中， .為取整運(yùn)算。 假設(shè) u1 的取值范圍為 [y,y],則 ku的取值為 ： 6yku? （ 45） 總結(jié)出模糊控制器的控制規(guī)則如表 41所示。 根據(jù)表 41控制規(guī)則，按式（ 46），（ 47）“最小最大原則”模糊推理 )}(),(),(m i n {)( UECEU UkE C jEiRk ???? ? （ 46） )}({max)( UU RkkR k ?? ? （ 47） 23 表 41 模糊控制規(guī)則表 U NB NM NS Z0 PS PM PB NB NB NB NB NB NM Z0 Z0 NM NB NB NB NB NM Z0 Z0 NS NM NM NM NM Z0 PS PS Z0 NM NM NS Z0 PS PM PM PS NS NS Z0 PM PM PM PM PM Z0 Z0 PM PB PB PB PB PB Z0 Z0 PM PB PB PB PB 表 42 模糊判決表 U 6 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 6 5 5 5 5 5 5 5 4 3 2 0 0 0 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 2 0 0 0 4 5 5 5 5 5 5 5 3 3 2 0 0 0 3 4 4 4 4 4 4 4 3 2 1 1 1 1 2 4 4 4 4 4 4 4 2 1 0 2 2 2 1 4 4 4 3 3 3 3 12 2 2 3 3 3 0 4 4 4 3 3 1 0 1 3 3 4 4 4 1 3 3 3 2 2 1 3 3 3 3 4 4 4 2 2 2 0 0 1 2 3 4 4 4 4 4 4 3 1 1 0 1 2 3 4 4 4 4 4 4 4 4 0 0 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 5 5 0 0 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 5 6 0 0 1 2 3 4 5 5 5 5 5 5 5 注：第一行和第一列分別表示 E和 EC 的模糊子集 再采用“重心法”，對(duì)每個(gè)模糊子集 R進(jìn)行模糊化，從而得出對(duì)應(yīng)每組模糊輸入 E和 EC的 U。 ?? ??URURUUUU )()(?? （ 48） 由 (46),( 47),( 48)三式綜合計(jì)算的出如表 42所示的模糊判決表，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制中，只要根據(jù) E和 EC即可由此表查 出相應(yīng)的 U，從而求出相應(yīng)的控制量 u1。 PI控制規(guī)則設(shè)計(jì) 當(dāng) )( ?te 時(shí)，采用傳統(tǒng)的 PI控制，控制器輸出為 ： 24 ))(1)(()(02 ????kip ieTkekku （ 49） 實(shí)際計(jì)算機(jī)仿真中，采用增量型的數(shù)字 PI形式，控制器輸出為： )()]1()([)1()( 22 kekkekekkuku ip ?????? （ 410） 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) 仿真對(duì)象模型的離散化 帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)的一般傳 遞函數(shù)為 : )1)(1()( 21 ????STST KesGs? （ 411） 式中 ? 為純滯后時(shí)間 。T T2為時(shí)間常數(shù) 。K為放大系數(shù)。代以 NT?? ，加上零階保持器，并進(jìn)行 z變換，得到 ： 12111212 11()1( ) [ ]( 1 ) ( 1 )( 1 ) ( 1 )NT s sTTK C C z ze K eG z Z s T s T se z e z? ? ? ?????????? ? ????? （ 412） 又因?yàn)?： ()() ()YzGz Uz? （ 413） 所以 ： 12111211() ()()(1 ) (1 )NTTK C C z z YzUze z e z? ? ?????? ??? （ 414） 對(duì)象脈沖函數(shù)的離散化形式為 ： 111212 () 12( ) ( ) ( 1 ) ( 2 ) ( 1 ) ( 2 )TTTT Ty k e e y k e y k K C u k N K C u k N???? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 415） 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在本系統(tǒng)中，對(duì)象的傳遞函數(shù)為 ： )14)(12( 20)(????ss esGs 即各參數(shù)如下： T1=2， T2=4,K=20,Kec=15,Ku=,Kp=,Ki=,模糊控制與 PI控制的切換閥值為 .，即當(dāng)誤差大于 20%時(shí)采用模糊控制策略， 以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，當(dāng)誤差小于 20%時(shí)采用傳統(tǒng)的 PI 策略，以消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)靜差。值得注意的是，本論文的仿真是針對(duì)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)而進(jìn)行的，仿真的步長(zhǎng)可以任意設(shè)定，模糊控制器的參數(shù)與 PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)可以根據(jù)仿真的結(jié)果反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化與整定。 25 結(jié) 論 在本論文中，首先闡述了純滯后工藝對(duì)象的一般概念，其次給出了純滯后的相關(guān)定義，分析了這種特殊工業(yè)過程的特點(diǎn)，并介紹了純滯后工業(yè)對(duì)象的控制問題與常規(guī)控制方法 并 講述滯后控制系統(tǒng)的基本理論 和 設(shè)計(jì)方法： （ 1）滯后控制系統(tǒng)的基本理論 滯后是過程控制系統(tǒng)中的重要特 征，滯后可導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。有些系統(tǒng)滯后較小這時(shí)人們?yōu)榱撕?jiǎn)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，忽略了滯后；但在滯后較大時(shí)，不能忽略，本書用實(shí)例進(jìn)行了說明。從經(jīng)驗(yàn)上講，當(dāng)被控對(duì)象的時(shí)滯與其瞬態(tài)過程時(shí)間常數(shù)之比大于 ，被控系統(tǒng)應(yīng)按純滯后系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 （ 2）滯后控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本部分系統(tǒng)講述了滯后控制系統(tǒng)的各種設(shè)計(jì)方法。首先講述了常規(guī)控制系統(tǒng)，包括微分先行控制系統(tǒng)和中間微分反饋控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)滯后補(bǔ)償?shù)脑砑霸O(shè)計(jì)方法，并對(duì)這兩種方法進(jìn)行了對(duì)比。其次講述了史密斯補(bǔ)償控制系統(tǒng)，主要有純滯后補(bǔ)償?shù)幕驹怼⑹访芩寡a(bǔ)償控制系統(tǒng)、完全抗干擾史 密斯補(bǔ)償控制系統(tǒng)、增益自適應(yīng)補(bǔ)償控制系統(tǒng)、改進(jìn)型史密斯補(bǔ)償控制系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)方法，并對(duì)各種方法通過分析及實(shí)例進(jìn)行了對(duì)比。
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