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1、会计学1提高提高(t go)控制品质控制解析控制品质控制解析第一页，共47页。2方案b：炉膛温度(wnd)为被控量的单闭环。能抑制f2、f3的扰动，不能确保出口温度(wnd)串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)采用串级：出口温度主控参数，炉膛温度中间变量。采用串级：出口温度主控参数，炉膛温度中间变量。采用串级：出口温度主控参数，炉膛温度中间变量。采用串级：出口温度主控参数，炉膛温度中间变量。T2T2T2T2回路克服回路克服回路克服回路克服(kf)f2(kf)f2(kf)f2(kf)f2、f3f3f3f3的扰动。的扰动。的扰动。的扰动。T1T1T1T1回路克服回路克服回路克服回路克服
2、(kf)f1(kf)f1(kf)f1(kf)f1的扰动。的扰动。的扰动。的扰动。被加热物料流量和初温被加热物料流量和初温被加热物料流量和初温被加热物料流量和初温f1;f1;f1;f1;燃烧压力波动、流量变化、燃料热值变化燃烧压力波动、流量变化、燃料热值变化燃烧压力波动、流量变化、燃料热值变化燃烧压力波动、流量变化、燃料热值变化f2;f2;f2;f2;烟囱抽力烟囱抽力烟囱抽力烟囱抽力f3f3f3f3第2页/共47页第二页，共47页。3n n主被控变量：工艺控制(kngzh)指标，在串级控制(kngzh)系统中起主导作用的被控变量。n n副被控变量：串级控制(kngzh)系统中为了稳定主变量或因某
3、种需要而引入的辅助变量。n n主被控过程（主对象）：主回路包含的过程。n n副被控过程（副对象）：由副被控变量为输出的过程。串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)第3页/共47页第三页，共47页。4 主控制器：按主变量的测量值与给定值而工作，其输出作为副变量给定值的那个控制器。副控制器：其给定值来自主控制器的输出，并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的那个控制器。主回路(hul)：由主变量的测量变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路(hul)。主回路(hul)是个定值控制系统副回路(hul)：由副变量的测量变送装置，副控制器执行器和副对象所构
4、成的内回路(hul)。副回路(hul)是个随动系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)第4页/共47页第四页，共47页。5一次扰动：作用在主回路，不包括副回路。（加热物料变化）二次扰动：作用在副回路，不包括副回路。（燃烧值；烟囱(yncng)抽力）f2、f3（二次扰动）先影响炉膛温度-副调节器-控制阀门。f1（一次扰动）先影响出口温度-主调节器-控制阀门。一次、二次扰动同时存在，主副调节器调节规律可以一致也可相反。串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)第5页/共47页第五页，共47页。6 串级控制系统串级控制系统(kn zh
5、 x tn)(kn zh x tn)的控制效果的控制效果1.1.能迅速克服能迅速克服(kf)(kf)二次干扰二次干扰令令第6页/共47页第六页，共47页。7 串级控制串级控制(kngzh)(kngzh)系统的控制系统的控制(kngzh)(kngzh)效果效果1.1.能迅速能迅速(xn s)(xn s)克服二次干扰克服二次干扰第7页/共47页第七页，共47页。8 控制能力和抗干扰能力综合(zngh)定义为：趋于趋于1 1好好趋于趋于0 0好好若据比例控制若据比例控制主副增益主副增益(zngy)(zngy)之积愈大之积愈大抗扰越强抗扰越强第8页/共47页第八页，共47页。9单回路单回路(hul)(
6、hul)系统系统 及传递函数及传递函数控制能力控制能力(nngl)和抗干扰和抗干扰能力能力(nngl)综合：综合：一般一般(ybn)情况下有：情况下有：结论结论：迅速克服进入副回路的扰动，减少对主参数影响，提高了控制质量迅速克服进入副回路的扰动，减少对主参数影响，提高了控制质量令令第9页/共47页第九页，共47页。102.2.能改善控制通道能改善控制通道(tngdo)(tngdo)的动态特性，提高控制质量的动态特性，提高控制质量第10页/共47页第十页，共47页。112.2.能改善控制通道的动态特性能改善控制通道的动态特性(txng)(txng)，提高控制质量，提高控制质量结论：等效结论：等效
7、(dn xio)(dn xio)时间常数减小，响应速度加快；控制及时时间常数减小，响应速度加快；控制及时第11页/共47页第十一页，共47页。123.3.提高提高(t go)(t go)了系统的工作了系统的工作频率频率串级系统串级系统(xtng)的特征方程为：的特征方程为：令令第12页/共47页第十二页，共47页。13串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)的工作频率为：的工作频率为：对同一对同一(tngy)过程，采用单回路控制方案，用同样的分析方法，可得：过程，采用单回路控制方案，用同样的分析方法，可得：若两种方案的阻尼系数(xsh)相同，则有：第13页/共47页第十三页，共47页。
8、14结论结论结论结论(jiln)(jiln)：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；：副回路改善了动特性、提高了响应速度和工作频率；当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越当主、副时间常数比值一定，副调节器的比例系数越大，工作频率越高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也高；
9、同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也高；同样，当比例系数一定，主、副时间常数比值越大，工作频率也越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。越高。其结果使振荡周期缩短，提高了系统的控制质量。4 4 能适应能适应(shyng)(shyng)负荷和操作条件的剧烈变化负荷和操作条件的剧烈变化副回路副回路(hul)的等效放大系数为：的等效放大系数为：2）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；）能改善控制通道的动态特性，提高系统的快速反应能力；3）对非线性情况下的负荷
10、或操作条件的变化有一定的适应能力。）对非线性情况下的负荷或操作条件的变化有一定的适应能力。综上所述，串级控制系统的主要特点有：综上所述，串级控制系统的主要特点有：1）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；）对进入副回路的干扰有很强的抑制能力；即使即使k k0202变化变化第14页/共47页第十四页，共47页。15串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)的适用范围的适用范围1.1.适用于容量滞后适用于容量滞后(zh hu)(zh hu)较大的较大的过程：选容量滞后过程：选容量滞后(zh hu)(zh hu)较小的辅较小的辅助变量，减小时常，提高频率。助变量，减小时常
11、，提高频率。2.2.适用于纯滞后较大的过程：适用于纯滞后较大的过程：3.3.在调节阀近纯时延小的地方选取副参在调节阀近纯时延小的地方选取副参数，构成时延小的副回路。在大时延数，构成时延小的副回路。在大时延主过程前减小干扰影响。主过程前减小干扰影响。4.4.工艺要求：过滤工艺要求：过滤(gul)(gul)前的压力稳定前的压力稳定在在250Pa;250Pa;特点：距离长，纯滞后时间特点：距离长，纯滞后时间长。仿丝胶液压力与压力串级控制。长。仿丝胶液压力与压力串级控制。纺丝胶液压力控制纺丝胶液压力控制第15页/共47页第十五页，共47页。16串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn z
12、h x tn)的适用范围的适用范围3.3.适用于干扰变化剧烈、幅度大适用于干扰变化剧烈、幅度大的过程：的过程：4.4.将变化激烈且幅度大扰动包括将变化激烈且幅度大扰动包括(boku)(boku)在副回路内。在副回路内。5.5.工艺要求：汽包液位控制，特工艺要求：汽包液位控制，特点：快装锅炉容量小，蒸汽流点：快装锅炉容量小，蒸汽流量与水压变化频繁、激烈量与水压变化频繁、激烈三三冲量液位串级控制。冲量液位串级控制。第16页/共47页第十六页，共47页。17同一种介质控制两种参数同一种介质控制两种参数单回路控制：两套装置，不经济又无法工作；单回路控制：两套装置，不经济又无法工作；常压塔塔顶出口温度常
13、压塔塔顶出口温度(wnd)(wnd)和一线温度和一线温度(wnd)(wnd)串串级控制。级控制。4.4.适用适用(shyng)(shyng)于参数互相关联于参数互相关联的过程的过程第17页/共47页第十七页，共47页。185.5.适用适用(shyng)(shyng)于非线性过程于非线性过程特点：负荷或操作条件改变导致过程特性改变。若：单回路控制，需随时改变调节器整定参数特点：负荷或操作条件改变导致过程特性改变。若：单回路控制，需随时改变调节器整定参数以保证系统的衰减率不变；串级控制，则可自动以保证系统的衰减率不变；串级控制，则可自动(zdng)调整副调节器的给定值。调整副调节器的给定值。合成反
14、应器温度串级控制合成反应器温度串级控制(kngzh)：换热器呈非线性特性：换热器呈非线性特性注意：注意：串级控制虽然应用范围广，但必须根据具体情况，充分利用优点，才能收到预串级控制虽然应用范围广，但必须根据具体情况，充分利用优点，才能收到预期的效果。期的效果。合成反应器温度串级合成反应器温度串级第18页/共47页第十八页，共47页。19a a）燃料油压力为主要干扰；）燃料油压力为主要干扰；b b）燃料油粘度、成分、热值、处理）燃料油粘度、成分、热值、处理量为主要干扰量为主要干扰主要扰动主要扰动(rodng)(rodng)不同控制方案不不同控制方案不同同串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控
15、制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)(kn zh x tn)(kn zh x tn)的设计的设计的设计的设计问题：副参数如何选择？主、副回路问题：副参数如何选择？主、副回路问题：副参数如何选择？主、副回路问题：副参数如何选择？主、副回路(hul)(hul)的联系？调节器如何选择？正、反的联系？调节器如何选择？正、反的联系？调节器如何选择？正、反的联系？调节器如何选择？正、反作用如何选择？作用如何选择？作用如何选择？作用如何选择？1.1.副回路的设计与副参数的选择副回路的设计与副参数的选择选择原则：选择原则：（1 1）副参数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间要尽可能短
16、。副参数要物理可测、副对象的时间常数要小、纯滞后时间要尽可能短。（2）副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不能越多越好。副回路要尽可能多地包含变化频繁、幅度大的干扰，但也不能越多越好。第19页/共47页第十九页，共47页。20假设假设(j ji i s sh h)串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)(kn zh x tn)(kn zh x tn)的设计的设计的设计的设计（3 3）主、副过程的时间常数）主、副过程的时间常数(sh jin chn sh)(sh jin chn sh)要适当匹要适当匹配配.当串级控制与单回路控
17、制的阻尼系数相等时，有当串级控制与单回路控制的阻尼系数相等时，有主副时间常数比值较小，工作频率提高显著主副时间常数比值较小，工作频率提高显著副回路副回路 小些小些 快速性，快速性，过小过小 太大。太大。工作频率提高小，工作频率提高小，同时副回路可能不稳定。同时副回路可能不稳定。为常量作图为常量作图时常的比值在时常的比值在310范围内选择范围内选择大于或接近大于或接近 改善过程，改善过程，副回路迟钝，影响主参数副回路迟钝，影响主参数。主副时间常数接近时，一个参数振荡，另一个主副时间常数接近时，一个参数振荡，另一个也振荡也振荡第20页/共47页第二十页，共47页。21（4 4）应综合考虑控制）应综
18、合考虑控制(kngzh)(kngzh)质量和经济性质量和经济性要求要求a)a)冷剂液位为副参数，投资少，控制质量不高；冷剂液位为副参数，投资少，控制质量不高；b)b)冷剂蒸发冷剂蒸发(zhngf)(zhngf)压压力为副参数，投资多，控制质量较高。选择应视具体情况而定。力为副参数，投资多，控制质量较高。选择应视具体情况而定。第21页/共47页第二十一页，共47页。22串级控制系统参数串级控制系统参数(cnsh)(cnsh)的选择的选择a)a)可控良好的作为可控良好的作为(zuwi)(zuwi)控制参数；控制参数；b)b)控制参数须使控制通道有足够大的放大系数，大于扰动通道的放大系数控制参数须使
19、控制通道有足够大的放大系数，大于扰动通道的放大系数 c)c)控制参数须使控制通道有足够大的灵敏度控制参数须使控制通道有足够大的灵敏度d)d)考虑经济性和工艺合理性。考虑经济性和工艺合理性。主调主调(zh dio)：定值控制；副调：随：定值控制；副调：随动控制。动控制。副被控参数允许副被控参数允许有静差有静差PP,不引入不引入PIPI；流量控制时，为保稳定，流量控制时，为保稳定，P P选较小时，比例控制较弱，可引入积分；选较小时，比例控制较弱，可引入积分；不引入微分不引入微分。主被控参数要主被控参数要无静差无静差PI,PIDPI,PID调节；调节；主、副调节器调节规律的选择第22页/共47页第二
20、十二页，共47页。23 主、副调节器正、反作用方式主、副调节器正、反作用方式(fngsh)(fngsh)的选择（开环放大系数为正）的选择（开环放大系数为正）选择步骤：工艺要求选择步骤：工艺要求(yoqi)调节阀的气开、气关调节阀的气开、气关副调节器的正、反作用副调节器的正、反作用主、副过主、副过程的正、反作用程的正、反作用主调节器的正、反作用。主调节器的正、反作用。燃油阀气开（正），燃油阀气开（正），副对象为正过程副对象为正过程(guchng)（正），（正），副调为反作用调节器（正）副调为反作用调节器（正）；主对；主对象也为正过程象也为正过程(guchng)（正）（正），主调为反作用调节器（正
21、）主调为反作用调节器（正）第23页/共47页第二十三页，共47页。6.8第24页/共47页第二十四页，共47页。25串级控制系统串级控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)的参数整定的参数整定 整定原则：尽量加大副调节器的增益，提高副回路的频率，使主、副回路的频率错开整定原则：尽量加大副调节器的增益，提高副回路的频率，使主、副回路的频率错开(cu ki)(cu ki)，以减少相互影响，以减少相互影响1.求串级特征方程D1(S)=0，视为单回路(hul)特征方程,特征方程变为2.特征方程转化为主副调节器的整定是相互关联的。主回路有较高的控制精度按单回路整定副控制器进而整定GC1(
22、S)参数。第25页/共47页第二十五页，共47页。26串级控制系统串级控制系统(kn zh x(kn zh x tn)tn)的参数整定的参数整定1.1.逐步逐步(zhb)(zhb)逼近整逼近整定法定法1 1）主开环、副闭环，整定副调的参数主开环、副闭环，整定副调的参数(cnsh)(cnsh)；记为；记为2)2)副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数，记为副回路等效成一个环节，闭合主回路，整定主调节器参数，记为3 3）观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即）观察过渡过程曲线，满足要求，所求调节器参数即为为否则，再整定副调节器参数，记为否则，再整定副调节器参数，记为。反复进行，满
23、意为止。反复进行，满意为止。该方法适用于主、副过程时常相差不大、主、副回路动态联系密切，需反该方法适用于主、副过程时常相差不大、主、副回路动态联系密切，需反复进行，费时较多复进行，费时较多第26页/共47页第二十六页，共47页。27串级控制系统串级控制系统(kn zh x(kn zh x tn)tn)的参数整定的参数整定2.2.两步整定法两步整定法(适用于主、副过程适用于主、副过程(guchng)(guchng)时常相差大时常相差大)1 1）工况稳定，主、副闭合，主调为比例）工况稳定，主、副闭合，主调为比例,比例度为百分之百比例度为百分之百(bi fn zh bi)(bi fn zh bi)，
24、先用，先用4 4比比1 1衰衰减曲线法整定副调节器的参数，求得副回路比例度和操作周期；减曲线法整定副调节器的参数，求得副回路比例度和操作周期；2)2)等效副回路，视为主回路一环节，整定主调参数，求得主回路在等效副回路，视为主回路一环节，整定主调参数，求得主回路在4 4比比1 1衰减衰减比下的比例度和操作周期；比下的比例度和操作周期；根据两种情况下的比例度和操作周期，按经验公式求出主、副调节器的积根据两种情况下的比例度和操作周期，按经验公式求出主、副调节器的积分时间和微分时间，分时间和微分时间，然后再按先副后主、先比例后积分再微分的次序投入运行，观察曲线，适然后再按先副后主、先比例后积分再微分的
25、次序投入运行，观察曲线，适当调整，满意为止。当调整，满意为止。先整定副参数，再整定主参数第27页/共47页第二十七页，共47页。283.3.一步一步(y b)(y b)整整定法定法思路：先根据副过程特性或经验确定副调节器的参数，然后思路：先根据副过程特性或经验确定副调节器的参数，然后(rnhu)一步完成主调节器的参数的整一步完成主调节器的参数的整定。定。理论依据：主、副调节器的放大系数在理论依据：主、副调节器的放大系数在1 1）主、副调节器均置比例控制，根据）主、副调节器均置比例控制，根据(gnj)(gnj)约束条件或经验确定约束条件或经验确定条件下，主、副过程特性一定时，条件下，主、副过程特
26、性一定时，为一常数。为一常数。2)2)等效副回路，按衰减曲线法整定主调节器参数；等效副回路，按衰减曲线法整定主调节器参数；3 3）观察曲线，在约束条件下，适当调整主、副调节器的参数，满意为止。）观察曲线，在约束条件下，适当调整主、副调节器的参数，满意为止。串级控制系统的参数整定第28页/共47页第二十八页，共47页。294.4.应用举例应用举例:硝酸生产用氧化炉，主参数：炉温，硝酸生产用氧化炉，主参数：炉温，PIPI调节；副参数：氨气流量调节；副参数：氨气流量(liling)(liling)，P P调节；主、副动态联调节；主、副动态联系小，两步整定法。系小，两步整定法。为为100100为为32
27、，为为15s15s；1）2 2）副调置于）副调置于3232，得主调，得主调(zh(zh dio)dio)的的为为50，为为7min7min。3 3）运用）运用(ynyng)(ynyng)计计算公式得：算公式得：为为6060，为为3.5min3.5min,为为32%32%。串级控制系统的参数整定第29页/共47页第二十九页，共47页。306.2 6.2 前馈控制系统前馈控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)6.2.1 6.2.1 前馈控制前馈控制(kngzh)(kngzh)的基本概的基本概念念又称干扰补偿控制：按干扰大小进行调节，克服干扰比反馈又称干扰补偿控制：按干扰大小进行调
28、节，克服干扰比反馈(fnku)快；理论上，可实现理想快；理论上，可实现理想控制。图控制。图616，图，图617原理说明。原理说明。补偿器的计算：补偿器的计算：第30页/共47页第三十页，共47页。316.2 6.2 前馈控制系统前馈控制系统(kn zh x tn)(kn zh x tn)6.2.2 前馈控制前馈控制(kngzh)的特点及局限的特点及局限性性1.1.前馈控制前馈控制(kngzh)(kngzh)的特点的特点1 1）开环控制；）开环控制；2 2）比反馈控制及时；）比反馈控制及时；3 3）补偿器为专用）补偿器为专用2.2.前馈控制的局限性前馈控制的局限性：无法实现对干扰的完全补偿：无法
29、实现对干扰的完全补偿1 1）只能抑制可测干扰；只能抑制可测干扰；2 2）不能对每个干扰实现补偿；不能对每个干扰实现补偿；3 3）补偿器难以精确得到，即使得到有时物理上也难以实现补偿器难以精确得到，即使得到有时物理上也难以实现结论：结论：不单独使用不单独使用第31页/共47页第三十一页，共47页。326.2.3 6.2.3 静态补偿静态补偿(bchng)(bchng)与动态补偿与动态补偿(bchng)(bchng)1.1.静态静态(jngti)(jngti)补偿：补偿：能量(nngling)平衡静态补偿器用比例调节器即可实现静态补偿器用比例调节器即可实现适于：干扰适于：干扰k和控制通道和控制通道
30、k相差不大相差不大时延相差不大的过程时延相差不大的过程静态放大系数，不考虑动态偏差第32页/共47页第三十二页，共47页。332.2.动态补偿：由于精确模型难以动态补偿：由于精确模型难以(nny)(nny)得到或难以得到或难以(nny)(nny)实现，只有要求严格控制动态偏差实现，只有要求严格控制动态偏差时才采用。时才采用。6.2.4 6.2.4 前馈反馈前馈反馈(fnku)(fnku)复合控制复合控制作用作用(zuyng)机理分析：机理分析：前馈反馈控制的优越性？前馈反馈控制的优越性？完全补偿，与开环前馈相同复合控制系统的特征方程式：复合控制系统的特征方程式：，与前馈补偿器无关，与前馈补偿器
31、无关设计步骤：设计步骤：1 1）独立设计反馈控制系统；独立设计反馈控制系统；2 2）再设计前馈补偿器再设计前馈补偿器扰动对输出的影响大大减弱第33页/共47页第三十三页，共47页。34引入前馈的原则引入前馈的原则(yunz)(yunz)及应用实例及应用实例1.1.引入前馈控制引入前馈控制(kngzh)(kngzh)的原则的原则1 1）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制）系统存在频率高、幅值大、可测不可控的干扰，反馈控制(kngzh)(kngzh)难以克服、控难以克服、控制制(kngzh)(kngzh)要求高时；要求高时；2 2）控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制
32、质量差；控制通道时常大于干扰通道时常，反馈控制不及时，控制质量差；3 3）主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时；主要干扰无法用串级控制使其包含于副回路或副回路滞后过大时；4 4）尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。尽可能采用静态补偿而不采用动态补偿。2.2.复合控制系统应用实例复合控制系统应用实例（1 1）蒸发过程的浓度控制图）蒸发过程的浓度控制图50507373溶液沸点与水沸点之温差（被控溶液沸点与水沸点之温差（被控量）量）进料溶液浓度、温度、进料溶液浓度、温度、流量流量，加热蒸汽，加热蒸汽压力、压力、流量流量方案方案：蒸汽流量为前馈信号、温差为反馈：蒸汽流量为前馈信号、
33、温差为反馈信号、进料溶液为控制参数的复合控制信号、进料溶液为控制参数的复合控制进料第34页/共47页第三十四页，共47页。35（2 2）锅炉）锅炉(gul)(gul)汽包水位控制汽包水位控制水位水位(shuwi)控制的重要性。控制的重要性。影响影响(yngxing)因素：蒸汽用量（不可控）、因素：蒸汽用量（不可控）、给水流量给水流量（选为控制参数）（选为控制参数）问题：问题：“虚假水位虚假水位”。影响控制效果。影响控制效果。解决方案：解决方案：蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数蒸汽流量为前馈信号，给水流量为副参数，水位为主参数前馈反馈串级控制前馈反馈串级控制(图图6 62020
34、）第35页/共47页第三十五页，共47页。366.3 6.3 大滞后过程大滞后过程(guchng)(guchng)控制系统控制系统6.3.1 6.3.1 大滞后过程大滞后过程(guchng)(guchng)概述概述纯滞后：热交换，介质传输、化学反应、管道混合纯滞后：热交换，介质传输、化学反应、管道混合(hnh)、皮带传送、轧辊传输、皮带传送、轧辊传输、多容器串联成分测量等。多容器串联成分测量等。纯滞后的程度：纯滞后的程度：称为一般纯滞后；称为一般纯滞后；称为大纯滞后。称为大纯滞后。大纯滞后难于控制大纯滞后难于控制：物理意义：物理意义：1 1）测量纯滞后使调节作用不及时；测量纯滞后使调节作用不及
35、时；2 2）控制介质传输滞后使调节动作不及时；控制介质传输滞后使调节动作不及时；理论分析：开环频率特性相角滞后理论分析：开环频率特性相角滞后稳定裕度稳定裕度。串级和前馈都无法解决串级和前馈都无法解决解决方案：微分先行、中间反馈、斯密斯预估、内模控制等解决方案：微分先行、中间反馈、斯密斯预估、内模控制等第36页/共47页第三十六页，共47页。376.3.2 6.3.2 史密斯预估史密斯预估(y)(y)控制控制1.1.史密斯预估控制：预先估计史密斯预估控制：预先估计(gj)(gj)动态模型动态模型预估器使滞后了的被控量预估器使滞后了的被控量提前反馈提前反馈调节器提前动作调节器提前动作减少超调、加速
36、调节过程。减少超调、加速调节过程。单回路单回路(hul)控控制制闭环特征方程不含滞后环节第37页/共47页第三十七页，共47页。5.19第38页/共47页第三十八页，共47页。396.3.2 6.3.2 史密斯预估史密斯预估(y)(y)控制控制2.2.仿真仿真(fn(fn zhn)zhn)实例实例实线为史密斯预估控制结果，虚线实线为史密斯预估控制结果，虚线(xxin)为单回路控制结果为单回路控制结果控制器完全取决于过程特性第39页/共47页第三十九页，共47页。406.3.3 6.3.3 改进型史密斯预估改进型史密斯预估(y)(y)控控制制1.1.增益自适应增益自适应(shyng)(shyng
37、)预预估控制估控制当存在差异当存在差异(chy)时时 ，通过，通过 产生超前作用，使调节器产生超前作用，使调节器提前动作，以减小超调和加快调节过程。提前动作，以减小超调和加快调节过程。当模型相等时当模型相等时 ，等效为等效为第40页/共47页第四十页，共47页。416.3.3 6.3.3 改进型史密斯预估改进型史密斯预估(y)(y)控控制制2.2.动态参数自适应动态参数自适应(shyng)(shyng)预估预估控制控制当模型准确时，主反馈信号为零，其效果同史密斯预估控制当模型准确时，主反馈信号为零，其效果同史密斯预估控制(kngzh)；当有差异时，；当有差异时，主反馈的动态变化经惯性滤波后反馈
38、，以增强适应性。主反馈的动态变化经惯性滤波后反馈，以增强适应性。设计思路：设两个调节器均为设计思路：设两个调节器均为PIPI调节调节器，调节器器，调节器1 1按模型完全准确时设计；按模型完全准确时设计；调节器调节器2 2按具体情况设计，设对象的按具体情况设计，设对象的非滞后部分为一阶惯性环节，且调节非滞后部分为一阶惯性环节，且调节器器2 2的积分时常与对象的积分时常与对象 惯性时常惯性时常相等，则有相等，则有惯性滤波器的设计惯性滤波器的设计第41页/共47页第四十一页，共47页。426.3.4 6.3.4 内模控制内模控制(kngzh)(kngzh)Garcia 82Garcia 82年提出，
39、结构与史密斯相似，它年提出，结构与史密斯相似，它不仅不仅(bjn)(bjn)能明显改善大滞后过程的控制能明显改善大滞后过程的控制品质，且设计简单、调节性能好、鲁棒性品质，且设计简单、调节性能好、鲁棒性强。强。1.1.内模控制系统内模控制系统(kn zh x(kn zh x tn)tn)的结构的结构2.2.理想内模控制器理想内模控制器假设模型没有误差，则有假设模型没有误差，则有当当X(s)=0,F(s)0X(s)=0,F(s)0时：时：假设模型假设模型“可倒可倒”且物理可实现且物理可实现令令则有则有 Y(s)=0;Y(s)=0;同样，当同样，当X(s)0X(s)0，F(s)=0F(s)=0时：时
40、：第42页/共47页第四十二页，共47页。433.3.实际实际(shj)(shj)内模控制器内模控制器问题：模型问题：模型(mxng)(mxng)存在误差且不存在误差且不“可倒可倒”（如纯滞后或非最小相位环节）（如纯滞后或非最小相位环节）分分解模型解模型(mxng):(mxng):包含所有纯滞后和在包含所有纯滞后和在S S右半平面右半平面(pngmin)(pngmin)存在零点的环节，存在零点的环节，且静态增益为且静态增益为1 1。令。令D(s)D(s)是静态增益为是静态增益为1 1的低通滤波器的低通滤波器T T为希望的闭环时常，为希望的闭环时常，p p为正数；选择为正数；选择p,p,可使控制
41、器既稳定又可物理实现。可使控制器既稳定又可物理实现。注意注意：该控制器是基于零、极点相消的原理设计的，当模型为不稳定（在：该控制器是基于零、极点相消的原理设计的，当模型为不稳定（在S S右半右半平面存在极点）时，该设计方法不能采用。平面存在极点）时，该设计方法不能采用。设模型存在误差，则有：设模型存在误差，则有：设定值变化时的闭环传函为设定值变化时的闭环传函为该式表明：该式表明：滤波器与闭环性能关系密切，其中时间常数的选择是关键；时常越小，滞后越小，滤波器与闭环性能关系密切，其中时间常数的选择是关键；时常越小，滞后越小，但对模型误差越敏感；需要在动态性能和鲁棒性之间折中选择。但对模型误差越敏感
42、；需要在动态性能和鲁棒性之间折中选择。第43页/共47页第四十三页，共47页。44小结：内模控制小结：内模控制(kngzh)比史密斯预估控制比史密斯预估控制(kngzh)更具一般性，它不仅可以更具一般性，它不仅可以解决大滞后过程的控制解决大滞后过程的控制(kngzh)，而且还可通过调整滤波器的参数以增强系统的，而且还可通过调整滤波器的参数以增强系统的鲁棒性；由于它同样依赖于模型，应用同样受限。鲁棒性；由于它同样依赖于模型，应用同样受限。4.4.内模控制内模控制(kngzh)(kngzh)与反馈控制与反馈控制(kngzh)(kngzh)的关系的关系内模控制的等效内模控制的等效(dn xio)框框图：图：点画线中的等效传函为点画线中的等效传函为控制理论可知：零频增益无穷大的反馈控制可消除干扰引起的余差，内模控制不具有积分功能控制理论可知：零频增益无穷大的反馈控制可消除干扰引起的余差，内模控制不具有积分功能当第44页/共47页第四十四页，共47页。第45页/共47页第四十五页，共47页。46第46页/共47页第四十六页，共47页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第47页/共47页第四十七页，共47页。