第二章集散控制算法

1、分布式控制技术分布式控制技术 及其应用及其应用第二章 集散系统的控制算法本章知识点 1.PID控制算法 2.开环数值控制 3.步进电机控制 4.选择性控制系统 5.前馈控制 6.解耦控制 7.时滞补偿控制 8.推断控制 9.计算机优化控制 第一节 PID 控 制一、模拟PID调节器PID调节器是一种线性调节器，它是将设定值与实际输出值进行比较构成控制偏差，并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。模拟PID1. 比例调节器0PuK eu 控制器的输出 比例系数 调节器输入偏差 控制量的基准uPKe0u比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，过大容易引起不稳定。e(t)y00ttKP e

2、(t)其中：模拟PID2. 比例-积分调节器001dtPIuKee tuT积分作用：消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡。e(t)y00tty1=KP e(t)K1 KP e(t)y2e(t)y00tt其中： 积分时间常数IT模拟PID3. 比例-微分调节器0ddPDeuKeTut其中： 微分时间常数DT微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态特性。模拟PID4. 比例-积分-微分调节器001dddtPDIeuKee tTuTte(t)y00tt KP e(t)KP K1 e(t)KP KD e(t)模拟PID二、数字式PID调节器1. 用数值逼近的方法实现PID控制规律。2.

3、 数值逼近的方法：用求和代替积分、用后向差分代 替微分，使模拟PID离散化为差分方程。3. 两种形式：位置式、速度、增式。数字PID1. 位置式PID控制算法100()kDkPkjkkjITTuKeeeeuTT0( )dktjoje ttTe1d ( )dkkeee ttT位置式控制算法提供执行机构的位置uk，需要累计ek数字PID2. 速度式PID控制算法 增益算式除以采样周期Ts ( )()( )()()(1)2hKCChCKdKKSSiSUKKVKTTTTTeeee数字PID3.增量式PID控制算法1111200()kDkPkjkkjITTuKeeeeuTT1112(2)DkkkPkkk

4、kkkITTuuuKeeeeeeTT100()kDkPkjkkjITTuKeeeeuTT增量式控制算法提供执行机构的增量uk，只需要保持现时以前3个时刻的偏差值即可。数字PID三种算法比较1. 从执行器形式看： 位置算法只能直接用到数字式控制阀，对其它控制阀（须用D/A转为模拟量保持电路，把输出信号保持到下一个采样周期的输出信号）。 增量算法只能通过步进电机等累积机构化为模拟量。 速度算法须给带有积分机构的执行器。2. 从应用方面看： 位置算法易产生积分饱和现象，同时难以手/自动切换。 增量算法和速度算法可消除积分饱和现象，易实现手/自动切换。数字PID数字PID常见被控量的PID参数经验选择

5、范围数字PID常见被控量的经验采样周期数字PID三、PID算法改进积分改进2. 微分改进PID算法改进 积分算法改进-圆整误差问题则运算结果超过字长而作为零丢失了 若偏差计算式：()()()0.16000.16050.0005KKKSPPVe 0.1IK ()0.1 ( 0.0005)0.00005I KU 由于计算机采用定点计算，存在字节精度问题，当运算结果超过机器字节时，计算机就作为机器零将此数丢掉。PID算法改进 积分算法改进-积分分离 在小于某一界限（例如|e|），把UI切除。PID算法改进一般PID积分分离PID开始引入积分作用Y(t)t0P 采用积分分离算法时，在达到同样的衰减比下

6、，显著地降低了被控变量的起调量，大大缩短了过渡过程时间，提高了系统的品质。PID算法改进PID算法改进第二节 数 值 控 制返 回 顺序控制和数值控制是计算机控制系统中最常见的控制方式 顺序控制：控制系统根据生产工艺按预先规定的工艺要求，在各个输入信号的作用下，使生产过程的各个执行机构自动地按预先规定的顺序动作 数值控制：用计算机把输入的数字信息按一定的程序进行处理后转换为控制信号，去控制一个或几个被控制对象，使被控制点按照某种轨迹运动 开环数值控制 数字程序控制 就是计算机根据输入的指令和数据，控制生产机械（如各种加工机床）按规定的工作顺序、运动轨迹、运动距离和运动速度等规律自动地完成工作的

7、自动控制。 开环数值控制利用数字控制原理实现的机械加工,绘图设备 数字控制机床 线切割机 数字绘图仪 铣床 焊接机 气焊机 能加工形状复杂的零件、加工精度高、生产效率高、便于改变加工零件品种，是机床自动化的一个重要发展方向。 开环数值控制开环数值控制系统的一般组成： 输入输出设备、控制器、插补器、工作台 开环数值控制1. 数值控制的基本原理开环数值控制1).逐点输入加工轨迹的坐标不现实2).数控加工轮廓一般由直线、圆弧组成，也可能有一些非圆曲线轮廓，因此可以用分段曲线（曲线基点和曲线属性）拟合加工轮廓3).输出装置为步进电机，驱动每个轴以一定距离的步运动，实际加工轮廓是以折线轨迹拟合光滑曲线开

8、环数值控制2. 步骤1)曲线分段： 图中曲线分为三段，分别为ab、bc、cd，a、b、c、d四点坐标送计算机 分割原则：应保证线段所连的曲线与原图形的误差在允许范围之内开环数值控制2)插补计算： 插补计算： 给定曲线基点坐标，求得曲线中间值的数值计算方法 插补计算原则：通过给定的基点坐标，以一定的速度连续定出一系列中间点，这些中间点的坐标值以一定的精度逼近给定的线段 插补： 直线插补、二次曲线插补（圆弧、抛物线、双曲线等）开环数值控制3)折线逼近： - 根据插补计算出的中间点，产生脉冲信号驱动x、y方向上的步进电机，带动绘图笔、刀具等，从而绘出图形或加工所要求的轮廓 - 步长：刀具对应于每个脉

9、冲移动的相对位置，用x, y表示 x方向步数：Nx(xe-x0)/xy方向步数：Ny(ye-y0)/y开环数值控制3.逐点比较法插补原理 1) 一点一比较，一步步逼近：刀具或绘图笔每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较一次，决定下一步的进给方向 2) 用阶梯状折线来逼近直线或圆弧等曲线 3) 逐点比较法的最大误差：一个脉冲当量（步长）开环数值控制4. 逐点比较法直线插补1) 第一象限内的直线插补开环数值控制偏差计算式： 若点 M 在OP直线段上，则有xm/ym= xe/ye，即ymxe - xmye0，因此取偏差计算式为 Fm= ymxe xmye偏差判别： 若Fm = 0，则点 M 在OP

10、直线段上 若Fm 0，则点 M 在OP直线段的上方 若Fm 0，则点 M 在OP直线段的下方开环数值控制进给方向确定： 当Fm 0时，沿 +x 轴方向走一步 当Fm 0，沿 +y 方向走一步 当目前坐标与终点坐标相等，停止插补开环数值控制偏差计算的简化：111mmmmxxyy- 设加工点在 M 点，若Fm 0，这时沿 +x 轴方向走一步至M1点，则走一步的新坐标为 该点偏差为： Fm+1 = ym+1 xe - xm+1 ye = ymxe - (xm +1)ye = Fm - ye开环数值控制- 设加工点在 M 点，若Fm 0，则 M 点在圆弧外 若Fm 0，则 M 点在圆弧内开环数值控制进

11、给方向确定： 对逆圆弧插补：当Fm 0时，沿 x 轴方向走一步；当Fm 0时，沿 +y 方向走一步 对顺圆弧插补：当Fm 0时，沿 y 轴方向走一步；当Fm 0时，沿 + x方向走一步开环数值控制偏差计算的简化（以逆圆弧插补为例） ： 当Fm 0时，向 x 方向进给一步，新点坐标为 （xm+1， ym+1) = ( xm1, ym ) 该点偏差为121mmmFFx 当Fm 坐标进给 - 偏差计算 -坐标计算- 终点判断直线插补：偏差计算使用终点坐标 xe，ye圆弧插补：偏差计算使用前一点坐标 xm，ym开环数值控制2）四个象限的圆弧插补开环数值控制开环数值控制开环数值控制6. 8方向逐点比较法

12、线性插补原理在相邻两个坐标轴方向上同时进给脉冲, 不分圆弧或直线。开环数值控制1）单指令和双指令 单指令：只沿坐标轴方向的进给 双指令：沿两个相邻坐标轴方向同时进给开环数值控制2）偏差值计算 记网格垂直边的中点 M 的 y 坐标值为 h1，OP直线段与该垂直边交点的纵坐标为h0，NTOT进给总步数，则偏差判别式定义为 F = (h1 - h0) NTOT F 0，发双指令 F B-C-A相轮流通电，则磁场沿相轮流通电，则磁场沿A、B、C方向转动方向转动360度角，转子沿度角，转子沿ABC方向转动了一个齿距的位置。方向转动了一个齿距的位置。齿数为齿数为4，齿距角为，齿距角为90度，即度，即1个齿

13、距转动了个齿距转动了90度度步进电机控制4. 几个概念1）步进电机的“ 相”和“ 拍” 相：绕组的个数 拍：绕组的通电状态，三拍表示一个周期共有3种通电状态，六拍表示一个周期有6种通电状态，每个周期步进电机转动一个齿距。2）步进电机的步距角： 步进电机每拍步进的角度： 360/(NZ) N：步进电机的拍数 Z：转子的齿数 步进电机控制5. 步进电机的工作方式1）单三拍方式： 正向旋转，通电顺序为 ABCA 反向旋转，通电顺序为 ACBA步进电机控制2）双三拍方式： 正向旋转，通电顺序为 ABBCCAAB 反向旋转，通电顺序为 ABACCBAB步进电机控制3）三相六拍方式 正向旋转，通电顺序为

14、AABBBCCCAA 反向旋转，通电顺序为 AACCCBBBAA步进电机控制6. 步进电机的驱动和控制步进电机控制脉冲发生器脉冲分配器功率放大器步进电机负载方向控制1）步进电机常规控制系统2）步进电机微机控制系统CPU接口驱动器步进电机负载步进电机控制3）微机的运动控制功能(I) 改变输出脉冲数，控制步进电机的走步数。(II)改变各相绕组的通电顺序，控制步进电机的转向，正转、反转。(III)改变输出脉冲的频率，控制步进电机的转速。步进电机控制4)利用微机实现对步进电机的控制必须解决的问题： (I) 脉冲序列的形成 利用软件形成脉冲序列步进电机控制利用定时器形成脉冲序列开 始设值高电平延时计数初

15、值设置脉冲个数输出高电平启动计时允许定时器中断开中断设置定时器工作方式中断等待开 始输出高电平否？加载低电平延时计数初值禁止定时器中断输出低电平输出信号反相加载高电平延时计数初值脉冲数够否？返 回否否是是步进电机控制(II) 延时或定时时间的确定 设 Ti 为相邻两个进给脉冲之间的时间间隔，Vi 为进给一步后的末速度，a 为进给一步的加速度，则有： 步进电机控制5) 步进电机的旋转方向控制 (i) 用单片机的一位输出口控制步进电机的一相绕组，例如，可以用P1.0、P1.1、P1.2分别控制A、B、C三相绕组。 (ii) 根据步进电机的类型和控制方式找出相应的控制模型。 (iii) 按照控制方式

16、规定的顺序向步进电机发送脉冲序列，即可控制步进电机的旋转方向。步进电机控制 三种不同工作方式下的控制模型步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态 控制数据控制数据PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1001A01H2010B02H3100C04H 单相三拍方式 双相三拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态 控制数据控制数据PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1011AB03H2110BC06H3101CA05H步进电机控制 三相六拍方式步步 序序控控 制制 位位通电状态通电状态控制数据控制数据PC2/C相相PC1/B相相PC0/A相相1001A01H2011AB03H3

17、010B02H4110BC06H5100C04H6101CA05H步进电机控制6)步进电机控制程序的设计判断旋转方向按顺序传送控制脉冲判断所要求的控制步数是否传送完毕 步进电机控制7)步进电机的变速控制(i)一个静止的步进电机不可能一下子稳定到较高的工作频率，必须在启动的瞬间采取加速的措施；反之，从高速运行到停止也应该有减速的措施。(ii)变速控制程序：在启动时以低于响应频率的速度运行，然后慢慢加速，加速到一定速率后以此速率恒速运行；当快要到达终点时，又使其慢慢减速，在低于响应频率的速率下运行，直到走完规定的步数后停机。步进电机控制(iii)变速控制的方法 改变控制方式 均匀地改变脉冲时间间隔

18、 改变定时器时间常数步进电机控制第四节 选择性控制返 回1 概述2 选择性控制系统类型3 典型应用4 选择性控制系统的设计 系统必须要保证在非正常工况安全生产，一般采取的处理方法有： 连锁保护紧急性停车 自动切换至手动 都会造成生产停止, 要很长时间才能恢复生产 选择性控制系统 当生产操作趋向限制条件时，一个用于控制不安全工况的控制方案将取代正常情况下的控制方案，直到生产操作重新回到安全范围以内，恢复原控制方案为止。选择性控制 选择性控制概念 把工业生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法。 即在一个过程控制系统中，设有两个调节器(或两个以上的变送器

19、)，通过高、低值选择器选出能适应生产安全状况的控制信号实现对生产过程的自动控制。选择性控制 从20世纪60年代以来，选择性控制系统发展很快，这种系统在结构上的特点是使用选择器，可以在两个或多个控制器的输出端，或几个变送器输出端对信号进行选择，以适应不同的需要。 Uo=min(U1，U2，.，Um)或 Uo=max(U1，U2，.，Um) 选择性控制 在正常工况下，输出参数不会超限，所以也不考虑用它进行控制； 而在非常工况下，该参数会达到极限值，这时又要求采取强有力的控制手段，避免超限。选择性控制的特点选择性控制选择性控制 要构成选择性控制，生产操作必须有一定选择性逻辑关系。即何种情况下采用何种

20、控制方式。 选择性控制的实现：需要具有选择功能的自动选择器(高值选择器或低值选择器)或有自动关切换装置来完成。选择性控制选择性控制系统的类型 按照选择器在系统结构中的位置不同，选择性控制系统可分为两类： 选择器放在调节器之后，对调节器输出信号进行选择控制； 特点：几个调节器共用一个调节阀选择性控制选择性控制选择器放在调节器之前，对测量信号做选择性控制。 特点：几个变送器合用一个调节器。调节器对象2执行器对象3给定-对象1HS输出选择性控制 按照输出信号，选择性控制系统可分为两类： 调节器输出信号选择性控制 特点：选择器位于调节器之后，共用一个调节阀。 正常生产时，取代调节器处于待命备用状态。

21、不正常工况出现时，由选择器选出能适应工况的控制 信号，用取代调节器工作。选择性控制 测量信号的选择性控制 几个变送器合用一个调节器，通过选择器选择变送器输出信号。 一般有两个目的： 1)选出最高或最低值选择性控制例：在反应器中，由于流体流动和触媒老化，反应程度在各个位置不同。为防止烧坏触媒，要找出最高温度点。选择性控制 2)选出可靠的测量值 例：在某些反应器中，采用成分作为被控量。如果成分传感器性能不够，控制失败可能导致爆炸危险。 采取冗余技术，同时安装三个传感器，取其最可靠的中间值。选择性控制 例1 锅炉燃烧系统几个控制器共用一台执行器，这几个控制器都是对同一对象的不同状态进行控制。P1C和

22、PT构成蒸汽压力控制系统P2C和PT构成燃料压力过高保护系统选择性控制选择性控制例2 精馏塔选择性控制系统例3 利用选择器实现非线性控制 选择性控制例4.带有逻辑运算规律的选择性系统锅炉蒸汽系统实现：增加燃料时，空气先行 减少燃料时，燃料先行 选择性控制调节器正反作用选择选择性控制系统的设计 正常调节器一般用PI或PID，取代调节器一般保证迅速采取措施，防止事故发生，故采用P控制规律。 包括高值选择器、低值选择器如何选择要看在何种条件下选择取代调节器，如果是输出高时，就采用高值选择器。否则相反。选择选择器选择性控制(2)选择器选型 当生产处于不正常时取代调节器的输出信号应减小，故选用低值选择器

23、。以防止大的开度。(1)调节器正反作用选择 对于正常调节器：蒸汽压力升高，调节器输出信号应减小，故应选其为反作用方式。 对于取代调节器：当天然气压力升高应使其输出压力减小，故应选为反作用方式。(3)调节器参数整定。蒸汽压力调节器用PI，天然气压力调节器采用P控制规律。以锅炉燃烧系统为例选择性控制第五节 前馈控制返 回1、问题的提出 包括单回路、串级控制系统在内的系统都是反馈闭环控制系统。 其特点是：当被控过程受到扰动后，须等到被控参数出现偏差时，控制器才动作，以补偿扰动对被控参数的影响，算是一种“事后”补偿。 被控参数正是因为有扰动才产生偏差，若能在扰动出现时就进行控制，而并非是在偏差发生后再

24、进行控制，这样的控制方案一定可以更有效地消除扰动对被控参数的影响。 “前馈控制”正是基于这种思路而提出的。前馈控制所谓前馈控制，实质上是一种按扰动进行调节的开环控制系统。前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。 2. 概念前馈控制3. 特点当扰动产生后，被控变量还未显示出变化以前，根据扰动作用大小进行调节，以补偿扰动作用队被控变量的影响。前馈控制4.简单换热器前馈控制前馈控制进料处有干扰 F，)(sGf 为扰动通道传函数)(sGd 为前馈补偿通道)(sGo 为控制通道传函数)()()()()(sF

25、sGsGsGsYOdf为了使扰动F作用为0，即Y=00fdOGGG0GGGfd，前馈控制前馈控制是有局限性的：对补偿结果无法检测；难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置；一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。 复合控制的好处： 既发挥了前馈校正及时的优点， 又保持了反馈控制能抑制多个干扰 并对被控量始终给予检验的长处。 5 复合控制：前馈+反馈前馈控制例 加热炉前馈反馈控制由于 dG很难实现ofGG， 利用前馈减弱F的主要影响，反馈系统克服其余扰动及前馈补偿不完全部分。 前馈控制前馈控制前馈-反馈控制的优点 1. 只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化了原来的纯前馈控制系统。 2. 降低了对

26、前馈控制精度的要求，为工程上实降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实现简单的前馈补偿创造了条件. 3. 比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快比纯反馈 控制具有控制精度高、温度速度快的特点。的特点。 因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。前馈控制6. 前馈补偿装置和控制算法前馈补偿装置的复杂程度主要取决于前馈通道和扰动通道的传递函数。在工业实际应用中，控制通道和扰动通道的传递函数可以用具有时滞一阶环节来近似，其传递函数分别为：0( )01OO SSKGT Se( )1fffSKGf ST Se前馈控制前馈补偿通道的传递函数为：0f 其中： Kd是静态增量， T1和T2分别是超前和滞后的时间常数。

27、前馈控制传函的软件实现11)()()(21sTsTKsFsUsGddd把前馈控制的传函进行离散化，变成计算机能识别的形式1.直接将作为一整体组态2.按Ud和f的关系计算，将 转化为差分方程。前馈控制第六节 解耦控制返 回1.系统关联分析一个生产装置往往要设置多个回路来稳定各个被控变量，回路之间可能相互关联、相互耦合，相互影响，构成多输入多输出的相关系统。 流量压力控制系统及其方框图解耦控制 所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统种各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。典型的解耦控制系统结构示意图如下。-解耦控

28、制器解耦控制器y待解耦系统待解耦系统u耦合程度用“相对增益”来表征(cos)(cos)ijijijyutuyytu分子项外的U=cost表示除了Uj以外，其余U都保持不变，即都是开环；分母项外的y=cost表示除了yi以外，其余y都保持不变，即都为闭环。解耦控制双变量静态耦合系统解耦控制 111211222122GGYUYGUYUGG1111122221122211221122112212211221122111221221YK UK UYK UK UK KKK KK KK KK KK K矩阵形式：解耦控制2.解耦控制的基本原理分析多变量系统的耦合关系可以看出，控制回路之间的耦合关系是由于对象

29、特性中的子传递函数gij(s),i j，i, j=1,2,n造成的。若是一个非奇异对角形有理多项式矩阵，则该系统是解耦的。寻找消除耦合的办法实际就是使系统传递函数阵对角化，这样就在实际系统中消除了通道间的联系，简化了结构的设计，因而具有实际意义。解耦控制3.串级解耦控制 双输入双输出串接解耦控制系统框图( )( )( )( )SSSSYG D PD(s)串级解耦装置解耦控制(i) 对角线解耦解耦控制( )( )1112111122122( )11221221212211.1.1SSSGDdiagGGGGGGDGGG GG G (ii)单位矩阵法解耦控制4.前馈补偿法11221DD取解耦控制5.

30、反馈补偿法 解耦控制第七节 时滞补偿控制返 回 时滞：系统输出的趋势不仅依赖于系统当前的状态，也依赖于过去某一时刻或若干时刻的状态。 产生原因：被控对象的物理性质、实际系统变量的测量、传递和处理方面因素等。 时滞补偿控制衡量过程（对象）时滞的大小通常采用过程时滞和过程等效时间常数T之比/T。/T之比越大越不易控制，当/T 0.3-0.5时可称为具有大时滞的系统。对于大时滞系统采用PID控制规律，如果控制要求不高，则尚可差强人意，如果希望有良好的控制品质，就难于满足。时滞补偿控制时滞环节 se的频率特性：幅值恒等于1，而相位为-j，一般具有纯滞后特性的被控对象可以用带纯滞后的一阶或二阶系统来描述

31、。l 被控对象如果可以用带有纯滞后环节e-s的一阶来近似，则其传递函数为：1( ),1spKeGsNTTs12( ),(1)(1)spKeGsNTTsT sl 如果可以用带滞后的二阶惯性环节来近似描述，即其中：K放大系数；纯滞后时间 T1,T2 惯性时间常数 时滞补偿控制幅值随着频率的增加而上升。时滞补偿控制 史密斯在1957年提出的一种预估补偿控制方案。 针对纯时滞系统中闭环特征方程含有纯滞后项，在PID反馈控制基础上，引入了一个预估补偿环节，从而使闭环特征方程不含纯时滞项。1.史密斯预估器控制方案 其思想是：为使闭环传函中不含 se必须利用反馈环节予以消除。原系统：()()()()()()

32、()()()()11sSC SP SsSC SP SSFsSC SP SYGGRGGYGFGGeee图 (a) 时滞补偿控制Gc(s)GP(s)e-se(t)u(t)y(t)r(t)-+Gc(s)GP(s)e-se(t)u(t)y(t)r(t)-+GP(s)(1-e-s)-+yr(t) Smith预估补偿控制系统框图 Smith预估器的传递函数为：( )(1)sPGse 时滞补偿控制 由预估器与Gc(s)组成总的补偿控制器（简称补偿器） 经过补偿后的闭环传递函数 时滞补偿控制Gc(s)GP(s)e(t)u(t)y(t)r(t)-+e-sy1(t) 经过补偿后的闭环系统，因其滞后特性e-s相当于

33、已到了闭环回路之外，它相当于下面的系统 它不影响系统的稳定性，只是将y1(t)后移了一段时间。其控制性能相当于无滞后系统。 时滞补偿控制2.增益自适应时滞补偿器 1977年贾尔斯和巴特利（R.E. Giles和T.M. Bartley）在Smith预估器的基础上提出了增益自适应补偿方案。时滞补偿控制增加： 一个除法器：将过程输出 除以模型输出值 一个乘法器：将预估器的 输出乘以导前微分环 节的输出 导前微分环节：1+mS 时滞补偿控制3.观测补偿器控制方案观测补偿器控制方案 (i) 系统的稳定性只与观察器 )(sGM有关，而与时滞大小无关。 (ii) 若 )()(sGsGPM,则模型同史密斯预

34、估器，但本方案不需要时滞环节。 时滞补偿控制第八节 推断控制返 回1.问题提出 生产过程中的被控变量（过程输出）有时不能直接测量，因而就难于实现反馈控制。如果扰动可测，则尚能采用前馈控制。假若扰动也不能直接测得，则可以采用推断控制推断控制。生产过程中的输入与输出变量图推断控制推断控制推断控制是利用数学模型由可测信息将不可测的输出变量推算出来实现反馈控制，或将不可测扰动推算出来以实现前馈控制。2.概念 2.采用计算指标的控制 在有些工业生产过程中，被控变量是不能直接测量出来的。通过可测的输入与辅助输出变量推算出来。不可测的被控变量，只需要采用可测的输入变量或其余辅助变量即可推算出来，这是推断控制

35、中最简单的情况，习惯上称这种系统为“采用计算指标的控制系统”，例如热焓控制、内回流控制、湿含量、转化率控制等等。推断控制(1) 热焓控制（煤气热值控制） 热焓反馈控制系统推断控制(2) 内回流控制精馏塔的内回流在塔内流动，很难直接测量，但内回流是外回流量、回流温度与塔顶温度的函数，可通过计算方法得到。推断控制当塔顶蒸汽温度与外回流液温度相差不大时，可用外回流的控制方法去满足内回流控制。当塔顶冷却采用风冷和水冷时，受外界温度影响较大时，只能用控制内回流控制方法。推断控制估计器估计器A(s)辅助输出辅助输出(s)不可测扰动不可测扰动u(s)Y(s)主要输出主要输出推断控制推断控制G1(s)E(s)

36、P(s)C(s)P(s)B(s)估计模型估计模型控制输控制输入入m(s)过程过程推断控制3.推断控制系统 y(s)=C(s)m(s)+B(s)u(s) (s) = P(s)m(s)+ A(s)u(s) 由于过程的主要输出y(s)是不易测量的被控变量，因此引入易测量的过程辅助输出(s)。它们与不可直接测量扰动u(s)以及控制输入m(s)的关系可描述为：推断控制反馈推断控制的目的是对不可测对象或对象可测，但测量滞后带太大，这时为了提高推断精度，可以利用这个测量值与设顶值的偏差通过适应机构来修正估计器参数。3.反馈推断控制推断控制单纯的推断控制系统是一种开环系统，在可能的条件下，推断控制常与反馈控制系统结合起来，以构成反馈推断控制系统。控制图关系式( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )1SSSSSSSSSSSSSSSSYC MB FP MA FPFMAA( )( )( )( )( )( )( )( )( )SSSSSSSSSBBYCPMAA推断控制第九节 计算机优化控制返 回计算机控制系统计算机优化控制计算机控制分类数据采集系统直接数字控制系统计算机监督系统分级控制系统 集散控制系统 1.现场总线控制系统 计算机优化控制数据采集系统计算机