【正文】 優(yōu)化目標只關(guān)心預(yù)測時域內(nèi)系統(tǒng)的動態(tài)性能，而且只將 u(k|k)施加于被控過程 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 122 561 預(yù)測控制 滾動優(yōu)化 k k+mk j過去當前未來控制時域預(yù)測時域k+py ( k j )u ( k j )y ( k+j| k )u ( k+j| k )設(shè)定值軌跡第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 123 561 預(yù)測控制 ? 反饋校正 每到一個新的采樣時刻，都要通過實際測到的輸出信息對基于模型的預(yù)測輸出進行修正，然后再進行新的優(yōu)化。 ? 教材中給出了對象為一階加純滯后的 史密斯 (Smith)預(yù)估器 控制算式。 552 前饋控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 106 552 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 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 107 552 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 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 108 553 純滯后補償控制系統(tǒng) ? 史密斯 (Smith)純滯后補償器基本思想 –建立過程的動態(tài)特性的模型； –將模型加入到反饋控制系統(tǒng)中，有延遲的一部分用于抵消被延遲了 τ 的被控量； –無延遲部分反映到調(diào)節(jié)器，讓調(diào)節(jié)器提前動作，從而可明顯地減少超調(diào)量和加快調(diào)節(jié)過程。 551 串級控制系統(tǒng) 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 99 ? 串級控制系統(tǒng)的控制方式 –異步采樣控制 ? 即主回路的采樣控制周期 T1是副回路采樣控制周期 T2的整數(shù)倍。 – （ 3）若使用比例積分控制，反復(fù)調(diào)整仍達不到滿意的效果，則可加入微分環(huán)節(jié)。將比例系數(shù)由小變大，觀察相應(yīng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)較快，超調(diào)較小的響應(yīng)曲線。 dttetI TA EdtteI A EdtteI S E?????????0002)()()(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 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 85 4. 試湊法 ? 一般規(guī)律： – 增大比例系數(shù) Kc一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差 – 減小積分時間 Ti，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，使余差（靜差）消除加快。 542 數(shù)字 PID控制算法的改進 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 79 – 積分項的作用：比較重要 – 提高其積分項的運算精度的辦法 – 原來的方法： – 改進方法 Tjejedttekjt???? ??? 00 2)1()()(? ???kjjTee dt0)(542 數(shù)字 PID控制算法的改進 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 80 ? 整定過程 – 先按模擬 PID控制參數(shù)整定方法來選擇，然后在適當調(diào)整，并考慮采樣周期對整定參數(shù)影響 ? 采樣周期 的確定（一般規(guī)律） 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 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 81 543 數(shù)字 PID控制的參數(shù)整定 ? 穩(wěn)定邊界法（臨界比例度法） – 選用純比例控制，給定值 r作階躍擾動，從較大比例帶開始，逐漸減小，直到被控變量出現(xiàn)臨界振蕩為止，記下臨界周期 Tu和臨界比例 Ku，按以下經(jīng)驗公式計算 Kc、 Ti和 Td。 kekeTTkeTTkeKku dic542 數(shù)字 PID控制算法的改進 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 73 2. 微分先行 PID控制算法 （ “ 測量值微分 ” ） 出發(fā)點 ： 避免因 給定值變化 給控制系統(tǒng)帶來超調(diào)量過大 、 調(diào)節(jié)閥動作劇烈的沖擊 。tutudttduTdttdeTdtteTteKtufdtic??????????? ?)()1()1()( 39。 00 ])()(1)([)( udttdeTdtteTteKtu dtic ???? ?第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 63 ? 采樣周期 與 控制周期 的概念 ? 模擬 PID調(diào)節(jié)規(guī)律的離散化 – 在控制器的采樣時刻 t=kT時 因此， PID的數(shù)字算式 如下式 ? ???kjjTee dt0)( T kekedtde )1()( ???? ? 00)1()()()()( ukekeTTjeTTkeKku dkjic ???????????? ??541 標準數(shù)字 PID控制算法 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 64 ? 數(shù)字 PID又可寫成 上面兩個算式又稱為 PID位置算式 其中 稱為積分系數(shù) 稱為微分系數(shù) ? ? 00)1()()()()( ukekeKjeKkeKku dkjic ?????? ??ici TTKK ?TTKK dcd ?541 標準數(shù)字 PID控制算法 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 65 ? PID位置算式的問題 – 由積分項 的存在所產(chǎn)生 ? PID增量算式 由 ， 可得 ??kiie1)()1()()( ???? kukuku?????? ????????? )2()1(2)([)()1()([ kekekeTTkeTTkekeK dic541 標準數(shù)字 PID控制算法 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 66 ? PID增量算式的另一種形式 ? 增量 PID算法的 優(yōu)點 是編程簡單 , 數(shù)據(jù)可以遞推使用 , 占用內(nèi)存少 , 運算快 。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 56 運動控制系統(tǒng) ? 通用運動控制器分類（按結(jié)構(gòu)） – 基于計算機標準總線的運動控制器 ，是把具有開放體系結(jié)構(gòu)，獨立于計算機的運動控制器與計算機相結(jié)合構(gòu)成 – Soft型開放式運動控制器 ，提供給用戶最大的靈活性，運動控制軟件全部裝在計算機中，而硬件部分僅是計算機與伺服驅(qū)動和外部 I/O之間的標準化通用接口 – 嵌入式結(jié)構(gòu)的運動控制器 ，這種運動控制器是把計算機嵌入到運動控制器中的一種產(chǎn)品，它能夠獨立運行。主要用于高精度機床。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 51 數(shù)控系統(tǒng)分類 按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 ? 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) – 早期數(shù)控機床采用的數(shù)控系統(tǒng)，執(zhí)行機構(gòu)多采用步進電機或脈沖馬達。 ab bcab bcab cdbc第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 48 數(shù)控原理 ? 插值（或插補） – 當給定 a、 b、 c、 d各點坐標 x和 y值之后，求得各坐標值間的中間值的數(shù)值計算方法稱 插值 或插補 – 直線插補 ： 在給定的兩個基點之間用一條近似直線來逼近 – 二次曲線插補 ： 在給定的兩個基點之間用一條近似曲線來逼近 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 49 數(shù)控原理 ? 繪圖或加工 – 把插補運算過程中定出的各中間點，以脈沖信號形式去控制 x、 y方向上的步進電機，帶動繪圖筆、刀具等，繪出圖形或加工所要求輪廓 – 每一個脈沖信號代表步進電機走一步，即繪圖筆或刀具在 x或 y方向移動一個位置 – 對應(yīng)于每個脈沖移動的相對位置稱為脈沖當量，又稱為步長，常用△ x和△ y表示，且總是取△ x=△ y。比如編程時可以先對數(shù)據(jù)除以 10，然后取整，去掉波動項。 H H J 變送器 c b a ? ? 預(yù)熱管 水 傳感器 傳感器 蒸汽 蒸汽流量 b a c 液面高度 汽包 水流量 變速器 變送器 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 43 數(shù)據(jù)處理 越限報警處理 ? 為及時監(jiān)視鍋爐情況，系統(tǒng)有三個參數(shù)報警系統(tǒng)，即水位上下限，爐膛溫度上下限，蒸汽壓力下限報警，如下圖所示。 – 為方便操作及運算、顯示和打印的要求，須把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值 ? 標度變換方法 – 線性參數(shù)標度變換 – 非線性參數(shù)標度變換 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 40 數(shù)據(jù)處理 標度變換 ? 線性參數(shù)標度變換 – 一次儀表測量值與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果具有線性關(guān)系 ? 非線性參數(shù)標度變換 – 一次儀表測量值與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是非線性關(guān)系 – 根據(jù)差壓變送器信號 △ P與流量 F的關(guān)系 ， 可得測量流量時的標度變換式 即 0m0x0m0x NNNN)AA(AA?????0000()xxmmNNG G G GNN?? ? ??0m0xxmxxNkNkNkNkGGGG?????第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 41 數(shù)據(jù)處理 越限報警處理 ? 概述 – 把計算機采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、標度變換之后，與該參數(shù)上、下限給定值進行比較。 折線段分法不是惟一的 ， 可視具體要求定 。 ? 計算法 – 孔板差壓與流量 熱電偶的熱電勢與溫度 PkF ?＝]1)y(k x1)[y(k21)(y ?＝k01223344T aEaEaEaEa ????＝? ? 01234 ])[T aEaEaEaEa ????＝第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 36 數(shù)據(jù)處理 線性化處理 ? 插值法 – 實質(zhì)是找出一種簡單、便于計算處理的近似表達式代替非線性參數(shù)。 – 當 |y(k)y(k1)|Δy 時，再采樣一次，取得 y(k+1) – 根據(jù) |y(k+1)y(k)|與 Δy 的關(guān)系決定本次采樣值 ?????????????????????????????????2)1k(y)k(y)1k(yy)1k(y)1k(yy)k(y1)y ( k)1k(yy)k(y)k(yy)1k(yy ( k )0000則，則，取樣，則，第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 33 數(shù)字濾波 ? 各種濾波方法的特點與應(yīng)用 – 平均值濾波 適用于周期性干擾； – 加權(quán)平均遞推濾波 適用于純滯后較大的過程； – 中值濾波 和 程序判斷濾波 適用于偶然出現(xiàn)的脈沖干擾； – 慣性濾波 適用于高頻干擾。 第 5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略 2022/2/17 計算機控制技術(shù) 29 數(shù)字濾波 慣性濾波法 ? 慣性濾波法基本概念 – 用軟件實現(xiàn) RC低通濾波器功能 , 動態(tài)方程為 – 其中 Tf =RC，稱為濾波時間常數(shù) – 離散化后動態(tài)方程， T為采樣周期 , 得 0＜ a＜ 1, 稱為濾波系數(shù)。 ?????10)()(mii ikyaky 1,1010???