第7章南邮复杂控制技术ppt课件.ppt

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1、第7章复杂控制技术南京邮电大学电气信息工程系OUTLINE7.1串级控制技术7.2前馈－反馈控制算法7.3Smith预估控制7.4本章小结习题7.1串级控制技术7.1.1串级控制的结构和原理7.1.2数字串级控制算法7.1.3动态矩阵－PID串级控制串级控制系统概述7.1.1串级控制的结构和原理为了控制炉出口温度，可以设置一个简单控制系统气开反作用PID由于炉子的控制通道容量滞后很大，反应缓慢，控制精度低，但是工艺上要求炉出口温度的变化范围为±(1~2)℃上图的单变量单回路控制系统是难以满足的串级控制系统简单控制系

2、统串级控制系统的组成串级控制系统定义:由两个测量变送器、两个控制器(其中一个控制器的输出是另一个控制器的给定)、一个控制阀组成的双闭环定值系统串级控制系统中常用的名词主被控变量（Yl）：是工艺控制指标或与工艺控制指标有直接关系，在串级控制系统中起主导作用的被控变量副被控变量（Y2）：大多为影响主被控变量的重要参数主控制器：在系统中起主导作用，按主被控变量和其设定值之差进行控制运算，并将其输出作为副控制器给定值副控制器：在系统中起辅助作用，按所测得的副被控变量和主控输出之差来进行控制运算，其输出直接作用于控制阀的控制

3、器，简称为“副控”主变送器：测量并转换主被控变量的变送器副变送器：测量并转换副被控变量的变送器主对象：大多为工业过程中所要控制的、由主被控变量表征其主要特性的生产设备或过程副对象：大多为工业过程中影响主被控变量的、由副被控变量表征其特性的辅助生产设备或辅助过程副回路:由副变送器、副控制器、控制阀和副对象所构成的闭环回路,又称为“副环”或“内环”主回路：由主变送器、主控制器、副回路等效环节、主对象所构成的闭环回路，又称为“主环”或“外环”副回路串级控制系统串级控制系统的典型的方框图串级控制系统的特点1)对于进入副回路

4、的干扰，具有较强的抗干扰能力副回路主回路2)改善了对象特性，使控制过程加快，提高了控制质量3)串级控制系统的自适应能力为了使串级控制系统的性能得到发挥，在设计时必须注意以下几点：1)必须正确确定一个可测可控的中间变量作为副控被调量（该中间变量也必须是控制主控对象的控制量）2)系统中的主要扰动应包含在副控回路中，使得该扰动在影响主控被调量之前得到有效的抑制3)副控回路应尽可能包含积分环节，以便减少（该积分环节）副回路对象引起的相位滞后，有利于改善系统的调节品质图7.3计算机串级控制系统原理图7.1.2数字串级控制算法

5、主控制器一般选择PID算法，使系统具有高控制精度和反映灵敏的性能；副控制器一般选用比例控制或数字PI控制，使副控回路具有快速反映的性能T′和T〞的选择一般地，若G2(s)和G1(s)的传递函数均为一阶惯性环节，且时间常数可以比较，则可在采样频率ws>10wc的前提下选择T′＝T〞若G1(s)的时间常数远大于G2(s)的时间常数，为了避免主控回路和副控回路之间发生相对干扰或共振，应选择T′≥3T〞注意：T′和T〞是否相同，将影响计算机算法的实现方式一般地，在T′＝T〞情况下的算法步骤如下：对主控被调量采样并计算主控回

6、路的偏差e1(k)=r(k)-y1(k)计算主控调节器D1(z)的位置量输出u1(k)对副控制被调量采样并计算副控回路的偏差e2(k)=u1(k)-y2(k)计算并输出副控调节器D2(z)的位置量输出7.1.3动态矩阵－PID串级控制预测控制动态矩阵控制算法（5.4）动态矩阵－PID串级控制预测控制预测控制由来工业过程的特点多变量、非线性、强耦合、不确定性、约束现代控制理论与方法精确的数学模型、最优的性能指标、系统而精确的设计方法工业过程对控制的要求高质量的控制性能、对模型要求不高、实现方便、强鲁棒性预测控制特点一

7、类用计算机实现的最优控制算法建模方便，不需要深入了解过程内部机理非最小化描述的离散卷积模型，有利于提高系统的鲁棒性滚动优化策略，较好的动态控制效果简单实用的模型校正方法，较强的鲁棒性可推广应用于带约束、大纯滞后、非最小相位、多输入多输出、非线性等过程预测控制预测控制基本原理预测模型滚动优化反馈校正预测控制模型输出预测预测控制优化目的通过使某一性能指标J极小化，以确定未来的控制作用u(k+j

8、k)。指标J希望模型预测输出尽可能趋近于参考轨迹优化过程滚动优化在线反复进行。优化目标只关心预测时域内系统的动态性能，而且只将

9、u(k

10、k)施加于被控过程预测控制滚动优化预测控制滚动优化每到一个新的采样时刻，都要通过实际测到的输出信息对基于模型的预测输出进行修正，然后再进行新的优化不断根据系统的实际输出对预测输出值作出修正使滚动优化不但基于模型，而且利用了反馈信息，构成闭环优化预测控制反馈校正预测控制反馈校正常见预测控制方案动态矩阵控制(Cutleretal,1980)（Dynami