常用的微机控制技术学习教案

1、会计学1常用的微机控制技术常用的微机控制技术第一页，编辑于星期二：一点 分。一、数字控制器二、二、PID三量的控制作用三量的控制作用 三、三、PID控制规律的数字化实现算法控制规律的数字化实现算法 四、数字四、数字PID控制器的改进控制器的改进 五、数字五、数字PID控制器的参数整定控制器的参数整定 第1页/共95页第二页，编辑于星期二：一点 分。 一般工业控制对象都是连续系统，而计算机是处理数字信号的，这样的系统中既有连续信号又有离散信号，称为混合系统。一、数字控制器见下页图示。1. 数字控制器的两类设计方法第2页/共95页第三页，编辑于星期二：一点 分。 从AB两点向左看，即把D/A转换器

2、、数字控制器、A/D转换器看作一个整体，可等效成一个模拟控制器D(s)，加上对象G0(s)，这时整个系统可看作连续系统，见下页图a。 若从AB两点向右看，即把D/A转换器、被控对象、A/D转换器看为一体，等效成一个离散对象G(z)，加上数字控制器D(z)，这时整个系统可看作离散系统，见下页图b。 第3页/共95页第四页，编辑于星期二：一点 分。a)r(t)G0(s)- -y(t)A/DD(z)D/AD(s)b)r(k)- -y(k)A/DD(z)D/AG0(s)G(z) 所以对于混合系统，控制器有两种设计方法，一是先按连续系统设计出模拟的控制器，然后再离散化。二是直接设计出数字控制器。 所谓设

3、计数字控制器，就是在已知对象数学模型和要求达到的性能指标基础上，设计出满足要求的计算机编程算法。第4页/共95页第五页，编辑于星期二：一点 分。2. 数字控制器的连续化设计（1）按给定的对象G0(s)和要求的性能指标，用连续系统的设计方法设计出模拟控制器D(s)；（2）选择合适的采样周期；（3）将D(s)离散化为D(z)； 根据选定的采样周期，选用一种方法，由D(s)求出D(z)；（4）仿真检查系统性能是否满足设计要求；（5）按算法编程 。返回本节第5页/共95页第六页，编辑于星期二：一点 分。1. 比例控制器 设比例控制器控制规律为 )()(teKtuP比例控制器阶跃响应曲线 比例控制能迅速

4、反映偏差，调节作用及时，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差；当 Kp 调得太大时，可能引起系统的不稳定。第6页/共95页第七页，编辑于星期二：一点 分。2. 比例积分控制器 设积分控制器控制规律为 dtteTtui)(1)(积分控制器阶跃响应曲线 为积分时间常数，表示积分速度的大小， 越小，积分速度越快，作用越强。 iTiT第7页/共95页第八页，编辑于星期二：一点 分。 积分控制的作用是，只要系统存在偏差，积分控制作用就不断地积累，积分项对应的控制量不断增大，以消除误差。积分控制是靠对偏差积累进行控制的，控制起作用缓慢。如果积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。第8页/共9

5、5页第九页，编辑于星期二：一点 分。 设比例积分控制器控制规律为 )(1)()(dtteTteKtuiP比例积分控制器阶跃响应曲线 比例积分控制器可以使系统的响应快速性和稳态精度得以改善。 第9页/共95页第十页，编辑于星期二：一点 分。3. 比例、积分、微分控制器微分控制器阶跃响应曲线 设微分控制器控制规律为 dttdeTKtuDP)()( 微分作用与偏差信号的变化率成正比，有助于减小超调量，克服振荡，提高系统的稳定性。 第10页/共95页第十一页，编辑于星期二：一点 分。 微分控制具有预测误差变化趋势的作用，具有超前控制作用，可以加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能

6、。缺陷是容易引入高频噪声，在存在严重干扰的情况下不宜引入微分控制作用。)()(1)()(dttdeTdtteTteKtuDiP 则PID控制器控制规律为 返回本节第11页/共95页第十二页，编辑于星期二：一点 分。 1. 模拟PID控制器 在工业控制系统中，常常采用如图所示的单回路PID控制系统。r(t)D(s)被控对象- -y(t)e(t)u(t)单回路PID控制系统 第12页/共95页第十三页，编辑于星期二：一点 分。dttdeTdtteTteKtuDtIp)()(1)()(0拉氏变换并整理后可得PID控制器的传递函数)11 ()()()(sTsTKsEsUSDDIp其控制规律为:第13页

7、/共95页第十四页，编辑于星期二：一点 分。 即由计算机软件来实现PID控制律，可将模拟PID控制规律通过离散化方法获得数字PID控制算法。对应的差分方程为：) 1()()()()(0TkekeTieTTkeKkuDkiIp此式称为位置式PID算式，其控制系统图如下。第14页/共95页第十五页，编辑于星期二：一点 分。位置式PID 控制算法程序框图PIDPI第15页/共95页第十六页，编辑于星期二：一点 分。由此位置式PID算式可推导出增量式PID算式：)2() 1()() 1() 1(10TkekeTieTTkeKkuDkiIp)2() 1(2)()()1()() 1()()(kekekeK

8、 keKkekeKkukukuDIp其中： 为比例增益， 为积分系数，TTKKDPD/为微分系数。pKIPITTKK/第16页/共95页第十七页，编辑于星期二：一点 分。 为了编程方便，可按偏差项合并整理成如下形式： )2() 1()()(210keqkeqkeqku此式称为增量式数字PID算式，其中：TTKqTTKqTTTTKqDpDPDIP210),21 (),1 (第17页/共95页第十八页，编辑于星期二：一点 分。增量式PID 控制算法程序框图第18页/共95页第十九页，编辑于星期二：一点 分。 采用增量式数字PID算式计算得到的是控制量的增量 。 增量型算法具有以下优点。 (1) 不

9、需要做累加，增量的确定仅与最近几次偏差采样值有关。计算精度对控制量的计算影响较小。而位置型算法要用到过去的偏差的累加值，容易产生大的累加误差。 )(ku第19页/共95页第二十页，编辑于星期二：一点 分。 (2) 增量型算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中，只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。而位置型算法是控制量的全量输出，误动作影响大。 (3) 采用增量型算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。在手动到自动切换时，增量型算法不需要知道切换时刻前的执行机构位置，只要输出控制增量就可以做到无扰切换。而位置型算法实现无扰手动到自动

10、切换，必须知道切换时刻前的执行机构的位置，无疑增加了设计的复杂性。第20页/共95页第二十一页，编辑于星期二：一点 分。 鉴于增量型算法的优点，可对位置型算式做下面改进： )2() 1()() 1()2() 1(2)()()1()() 1()() 1()(210keqkeqkeqku kekekeKkeK kekeKku kukukuDIp 这是位置型PID控制算式的递推算法，它克服了计算偏差累计和的弊端, 成为实用的位置式PID控制算式。第21页/共95页第二十二页，编辑于星期二：一点 分。下图为51单片机PID增量型控制算法的流程图，算法以子程序调用的形式出现。q0、q1、q2提前算好，e

11、(k-1)和e(k-2)在程序初始化阶段置零。第22页/共95页第二十三页，编辑于星期二：一点 分。 程序的入口参数： 给定值r 测量值y 偏差e(k)、e(k-1)、e(k-2) 这5个参数均为3字节的浮点数，低字节存放浮点数的阶码和符号，其中符号存放在最高位，阶码以补码的形式存放在低7位中。尾数以原码的形式存放在另两个字节中。 程序见下页：第23页/共95页第二十四页，编辑于星期二：一点 分。PID： MOV R0,#62H MOV R1，#59H LCALL SUBF ；计算e(k) MOV R1，#56H LCALL SAVE ；调用SAVE子程序， 入 56H58H MOV R1，#

12、5CH MOV R2，#06H LCALL LOAD ；调用LOAD子程序， 取出q0值存入5CH5EH MOV R0，#56H MOV R1，#5CH 第24页/共95页第二十五页，编辑于星期二：一点 分。 LCALL MULF ；计算q0e(k) MOV Rl，#5CH LCALL SAVE ；存入5CH5EH MOV R1，#5FH MOV R2，#09H LCALL LOAD ；调用LOAD子程序，取 出q1值存入5FH61H MOV R0，#53H MOV R1，#5FH LCALL MULF ；计算q1e(k-l) MOV R1，#5FH LCALL SAVE ；存入5FH61H

13、第25页/共95页第二十六页，编辑于星期二：一点 分。 MOV R0，#5CH MOV Rl，#5FH LCALL ADDF ；计算q0e(k)+q1e(k-1) MOV R1，#5CH LCALL SAVE ；存入5CH5EH MOV R1，#5FH MOV R2，#0CH LCALL LOAD ；调用LOAD子程序，取出q2 值存入5FH61H MOV R0，#50H MOV R1，#5FH LCALL MULF ；计算q2e(K-2) MOV R1，#5FH LCALL SAVE ；存入5FH61H 第26页/共95页第二十七页，编辑于星期二：一点 分。 MOV R1，#5FH MOV

14、R0，#5CH LCALL ADDF ；计算u(k) MOV R1，#5CH LCALL SAVE ；存入5CH5EH MOV 50H，53H ；更新e(k-2) MOV 51H，54H MOV 52H，55H MOV 53H，56H ；更新e(k-l) MOV 54H，57H MOV 55H，58H RET第27页/共95页第二十八页，编辑于星期二：一点 分。 3. 数字PID算法实施时的问题 （1）算法编程 确定选择定点运算还是浮点运算，采用PC工控机时，大多用浮点运算，运算精度高。应用单片机作为数字控制器，通常采用定点运算，特点是运算速度快 。 （2）输出限幅 执行机构都有极限位置，与控

15、制器对应有最大控制量和最小控制量。 第28页/共95页第二十九页，编辑于星期二：一点 分。（3）积累整量化误差 增量型PID运算中，积分项是用计算的。定点运算时，如果采样周期T较小，而积分时间TI又较大时， 会认为uI 为0，从而产生积分整量化误差，实际上等于无积分作用。解决办法是当积分项很小时，不把它舍弃，而是将其累加起来 ，再参与运算。)()(keTTKkeKIuIpI返回本节第29页/共95页第三十页，编辑于星期二：一点 分。四、数字PID控制器的改进 数字PID控制器，实际上是用软件算法去模仿模拟控制器，其控制效果一般不会比模拟控制器更好。因此，必须对数字PID控制器作些改进，才能发挥

16、计算机的运算速度快、逻辑判断功能强、编程灵活等优势。 第30页/共95页第三十一页，编辑于星期二：一点 分。 （1）积分分离法 在一般的PID控制中，当系统受到较大的扰动或给定值大幅度改变时，由于此时出现较大的偏差。结合系统固有的惯性和滞后，在积分项的作用下，控制器的积分项出现很大的累计值，往往使系统输出产生较大的超调和长时间的波动。为此，可采用积分分离措施，即偏差e(k)较大时，取消积分作用；当偏差e(k)较小时才将积分作用投入。第31页/共95页第三十二页，编辑于星期二：一点 分。 在阶跃给定时，没经过积分分离的曲线a出现了比较大的超调量。而曲线b的超调量很小，因为t时，工作在积分分离区，

17、积分不累计。积分分离阈值应根据具体对象及控制要求确定。 r积分分离算法示意图 第32页/共95页第三十三页，编辑于星期二：一点 分。（2）抗积分饱和法 一般执行机构有两个极限位置：最大和最小，例如调节阀全开或全关。如果执行机构已到极限位置，由于积分作用，计算PID差分方程所得的运算结果继续增大或减小，但执行机构此时已无相应的动作，称该现象为积分饱和现象。 防止积分饱和的办法有多种。最简单的是遇限停止积分法。一旦控制量进入饱和区，将控制量u(k)限幅，同时把积分作用切除掉。即：第33页/共95页第三十四页，编辑于星期二：一点 分。，停止积分，停止积分minminmaxmax)(,)(,)(Uku

18、UUkuUku 克服积分饱和还可以用遇限削弱积分法、变速积分法等 。第34页/共95页第三十五页，编辑于星期二：一点 分。 （1）不完全微分PID控制算法 标准PID控制中微分作用，虽能减小系统超调和缩短调节时间，但对高频扰动响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡，降低调节品质。 尤其是计算机对每个控制回路输出时间是短暂的，而驱动执行器动作又需要一定时间，如果输出较大，在短暂时间内执行器达不到应有的相应开度，会使输出失真。第35页/共95页第三十六页，编辑于星期二：一点 分。 为了克服这一缺点，同时又要使微分作用有效，可以在PID控制输出端串联一个惯性环节，这就形成了不完全微分PID控制器，如下图

19、所示。PIDDf(s)e(t)u(t)u(t)11)()()(sTsUsUsDff第36页/共95页第三十七页，编辑于星期二：一点 分。对应的微分方程是 )()()(tutudttduTf已知模拟PID控制器输出为 dttdeTdtteTteKtutDIP)()(1)()(0代入上式右端得dttdeTdtteTteKtudttduTtDIPf)()(1)()()(0离散化后可得不完全微分PID位置型控制算式)()1 () 1()(kuku ku第37页/共95页第三十八页，编辑于星期二：一点 分。不完全微分PID控制器也有增量型控制算式 ，即kiDIPTkekeTieTTkeKku0) 1()

20、()()()(TTTff)()1 () 1()(kukuku式中 )2() 1(2)()()1()()(kekekeKkeKkekeKkuDIPIPITTKK称为积分系数 TTKKDPD称为微分系数 第38页/共95页第三十九页，编辑于星期二：一点 分。 标准PID控制算式中的微分作用只在第一个采样周期内起作用，而且作用很强。而不完全微分PID控制算式的输出在较长时间内仍有微分输出，且第一次输出也没有标准PID控制强，因此可获得比较柔和的微分控制，带来较好的控制效果。 第39页/共95页第四十页，编辑于星期二：一点 分。 当系统输入给定值作阶跃升降时，会引起偏差突变。微分控制对偏差突变的反应是

21、使控制量大幅度变化，给控制系统带来冲击，如超调量过大，调节阀动作剧烈，严重影响系统运行的平稳性。采用微分先行PID控制可避免给定值升降时系统受到冲击。微分先行PID控制和标准PID控制的不同之处在于，它只对被控量y(t)微分，不对偏差e(t)微分，也就是说对给定值r(t)无微分作用。该算法对给定值频繁升降的系统无疑是有效的。 第40页/共95页第四十一页，编辑于星期二：一点 分。微分先行PID控制器结构图 微分先行PID控制器的增量型控制算式为：)1()()2() 1(2)()()1()()(kykyTTK kykykyTTKkeTTK kekeKkuIDPDPIPP第41页/共95页第四十二

22、页，编辑于星期二：一点 分。 在计算机控制系统中，某些系统为了避免执行机构动作过于频繁，引起过度磨损、疲劳以致影响使用寿命，在允许一定的稳态误差时，可采用所谓带有死区的PID控制系统，如图所示。 yy)()()(0)()()(),()(kekykrkekykrkekP当，当返回本节第42页/共95页第四十三页，编辑于星期二：一点 分。1. 采样周期的选择 理论上离散系统都有一个临界稳定的采样周期Tw，要使系统稳定，采样周期T必须小于Tw，实际中还应考虑：（1）给定值的变化频率 给定值变化频率越高，采样频率也应越高。这样给定值的改变可以迅速通过采样得到反映。（2）被控对象的特性 若被控对象是慢速

23、的热工或化工对象时，采样周期一般取得较大；若被控对象是较快速的系统时，如机电系统，采样周期应取得较小。第43页/共95页第四十四页，编辑于星期二：一点 分。（3）执行机构的类型 若执行机构动作惯性大，采样周期也应大一些，否则执行机构来不及反应数字控制器输出值的变化。（4）控制算法的类型 采用PID算法时，采样周期T太小，微分积分作用不明显。T小到一定程度后，偏差e(k)会始终为零。（5）控制的回路数 控制的回路数越多，采样周期T应越大第44页/共95页第四十五页，编辑于星期二：一点 分。被调量采样周期T/s备注被调量采样周期T/s备注流量15优先选用（12s）温度1520取纯滞后时间常数压力3

24、10优先选用（68s）成分1520 液位68 优先选用7s优先选18s第45页/共95页第四十六页，编辑于星期二：一点 分。（1）各参数对系统性能的影响 增大比例系数KP， 一般将加快系统的响应，有利于减小静差。但过大的KP会使系统有较大的超调，并产生振荡，使稳定性变坏。 增大积分时间TI, 有利于减小超调，减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。 增大微分时间TD, 有利于加快系统响应，使超调量减小，稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。 第46页/共95页第四十七页，编辑于星期二：一点 分。 在连续控制系统中，简单易行的参数整定方法是简易工程法。优点是

25、：整定参数时不必依赖被控对象的数学模型。虽然粗糙一点，但能满足工程需要就行，适于现场应用。（2）扩充临界比例度法 扩充临界比例度法是基于模拟PID控制器的临界比例度法的扩充。整定数字控制器参数的步骤如下。 a. 选择一个足够短的采样周期，具体地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。 第47页/共95页第四十八页，编辑于星期二：一点 分。 b. 用选定的采样周期使系统工作, 去掉积分作用（TI取很大的数）和微分作用（TD=0），仅保留比例作用。然后逐渐减小比例度( )，直到系统发生持续等幅振荡。记下系统发生振荡的临界比例度 及系统的临界振荡周期TK。 c. 选择控制度Q，控制度是

26、以模拟控制器为基准，将数字控制器的控制效果与模拟控制器的控制效果相比较。控制效果的评价函数通常用偏差平方积分表示。 KPK/1第48页/共95页第四十九页，编辑于星期二：一点 分。 实际应用中并不需要计算出两个误差平方积分，控制度是仅表示控制效果的物理概念。例如，当控制度为 1.05时，就是指数字控制与模拟控制效果相当；控制度为2.0时，是指数字控制比模拟控制效果差。 模拟控制数字控制控制度0202)()(dttedtteQ第49页/共95页第五十页，编辑于星期二：一点 分。 d. 根据选定的控制度，查表5-2，求得T、Kp、TI、TD的值。 e. 在PID控制器中设定所得参数，将系统投入运行

27、并观察控制效果。根据效果可适当微调参数，以获得满意的控制效果。 注意：扩充临界比例度法应用时会使被控对象输出产生振荡，在被控对象不允许出现振荡时，则不能使用该整定法。 第50页/共95页第五十一页，编辑于星期二：一点 分。表5-2扩充临界比例度法整定参数表 第51页/共95页第五十二页，编辑于星期二：一点 分。 这是工程中的另一种整定法，整定Kp，TI, TD和T的步骤如下。a. 数字控制器不接入控制系统，手动突加阶跃信号。b. 用记录仪表记录对象阶跃输入下的输出飞升曲线c. 在曲线最大斜率处作切线，按图示求得滞后时间被控对象时间常数 ，以及它们的比值 ，查表5-3可得：Kp，TI, TD及采

28、样周期T。 T/T第52页/共95页第五十三页，编辑于星期二：一点 分。 d. 在 PID 控制器中设定所得参数，系统投入运行并观察控制效果。 微调参数，以获得满意的控制效果。 第53页/共95页第五十四页，编辑于星期二：一点 分。第54页/共95页第五十五页，编辑于星期二：一点 分。已知增量型PID控制的公式为 )2() 1(2)()()1()()(kekekeTT keTTkekeKkuDIp 如令k, TIk, TDk。 式中Tk为纯比例作用下的临界振荡周期。则 )2(25. 1) 1(5 . 3)(45. 2)(kekekeKkup第55页/共95页第五十六页，编辑于星期二：一点 分。

29、 这样，整个问题便简化为只要整定一个参数KP。改变KP，观察控制效果，直到满意为止。该法为实现简易的自整定PID控制带来方便。第56页/共95页第五十七页，编辑于星期二：一点 分。 试凑法是通过仿真或实际运行观察系统对阶跃输入的响应，根据PID调节参数对系统响应的大致影响，反复凑试控制器参数，直到满足要求。 在试凑时，可参考以上影响趋势，按先比例，后积分，再微分的整定步骤。 整定步骤： a. 先整定比例部分(TI=,TD=0) 将KP由小变大，观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。如果系统没有静差或静差已小到允许范围内，并且响应曲线已属满意，比例系数可由此确定。 第57页/共9

30、5页第五十八页，编辑于星期二：一点 分。 b. 加入积分控制 对静差不满意，可加积分控制。先置TI为一较大值，并将得到的KP略为缩小一些(如缩小为原值的0.8倍)，然后逐步减小TI，使系统有良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可能要反复改变KP与TI，以期得到满意的效果。 c. 加入微分控制 若用PI控制器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分控制，构成PID控制器。在整定时，先置TD为零。逐步增大TD，同时相应地改变KP和TI，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。返回本章首页第58页/共95页第五十九页，编辑于星期二：一点 分。 串级控制是在单回路PID控

31、制的基础上发展起来的一种控制技术。当PID控制应用于单回路控制一个被控量时，其控制结构简单，控制参数易于整定。但是当系统同时有多个因素控制被控量时，如果只控制其中一个因素，很难满足系统的控制性能。这时采用串级控制技术，在原控制回路中，增加一个或几个控制回路，可以提高系统的控制性能。第59页/共95页第六十页，编辑于星期二：一点 分。 如图为炉温控制系统原理图。其中主回路为炉温控制，副回路为煤气流量控制。D1(s)为主控制器， D2(s)为副控制器，副对象为阀门，主对象为加热炉。炉温串级控制结构图炉温串级控制结构图 第60页/共95页第六十一页，编辑于星期二：一点 分。 不管串级控制有多少级，计

32、算的顺序总是从最外面的回路向内进行 。 下图为炉温计算机串级控制系统图，其中下图为炉温计算机串级控制系统图，其中H(S)为零为零阶保持器，阶保持器，T为采样周期，为采样周期， D1(z) 、D2(z) 通常是通常是PID控制器。控制器。炉温计算机串级控制系统炉温计算机串级控制系统 第61页/共95页第六十二页，编辑于星期二：一点 分。 炉温控制系统的计算顺序为：（1）计算主回路的偏差e1(k)；（2）计算主回路控制器D1(Z)的输出u1(k)；（3）计算副回路的偏差e2(k)；（4）计算副回路控制器D2(Z)的输出u2(k)；（5）计算副回路的输出y2(t)；（6）计算主回路的输出y1(t)。

33、第62页/共95页第六十三页，编辑于星期二：一点 分。 为了防止主控制器的输出过大而引起的副回路的不稳定，同时也为了克服副对象惯性过大而引起的品质恶化，在副回路的反馈通道中加入微分控制，称为副回路微分先行串级控制。如图所示。副回路微分先行串级控制系统副回路微分先行串级控制系统第63页/共95页第六十四页，编辑于星期二：一点 分。副回路微分先行串级控制的计算顺序为：（1）计算主回路的偏差e1(k)；（2）计算主回路控制器D1(Z)的输出u1(k)；（3）计算微分先行部分的输出y2d(k)；（4）计算副回路的偏差e2(k)；（5）计算副回路控制器D2(Z)的输出u2(k)；（6）计算副回路的输出y

34、2(t)；（7）计算主回路的输出y1(t)。返回本章首页第64页/共95页第六十五页，编辑于星期二：一点 分。 反馈控制是在扰动的作用下，对设定值与实际值的偏差进行控制，以抵消干扰的影响。如果干扰不断增加，则系统总是跟在干扰作用之后波动。前馈控制是按扰动量进行控制，当系统出现扰动时，前馈控制就按扰动量直接产生校正作用，以抵消扰动的影响。 前馈控制是一种开环控制形式，因此，很少只采用前馈控制，而常常前馈-反馈控制。第65页/共95页第六十六页，编辑于星期二：一点 分。 前馈控制的典型结构如图所示。其中Gn(S)为被控对象扰动通道的传递函数， Dn(S)为前馈控制器的传递函数， G(S)被控对象控

35、制通道的传递函数。前馈控制结构图前馈控制结构图 第66页/共95页第六十七页，编辑于星期二：一点 分。 采用前馈与反馈控制相结合的控制结构，既能发挥前馈控制对扰动的补偿作用，又能保留反馈控制对偏差的控制作用。前馈前馈-反馈控制结构图反馈控制结构图 第67页/共95页第六十八页，编辑于星期二：一点 分。 在实际应用中，还常采用前馈-串级控制结构如图所示。前馈前馈-串级控制结构图串级控制结构图 第68页/共95页第六十九页，编辑于星期二：一点 分。 例如锅炉汽包水位控制系统，如图所示。锅炉汽包水位控制系统示意图锅炉汽包水位控制系统示意图给水流量蒸汽流量给定水位第69页/共95页第七十页，编辑于星期

36、二：一点 分。 采用前馈-串级反馈控制结构设计锅炉汽包水位控制系统，以前馈控制蒸汽流量G，以串级控制的内环控制给水量D，水位H作为系统的最终输出量。如图所示。第70页/共95页第七十一页，编辑于星期二：一点 分。 计算机前馈-反馈控制系统方框图如图所示。计算机前馈计算机前馈-反馈控制系统方框图反馈控制系统方框图第71页/共95页第七十二页，编辑于星期二：一点 分。计算机前馈-反馈控制的计算顺序为：（1）计算反馈控制偏差e(k)；（2）计算反馈控制器D(z) （PID）的输出u1(k)；（3）计算前馈调节器Dn(Z)的输出un(k)；（4）计算前馈-反馈调节器的输出u2(k)。返回本章首页第72

37、页/共95页第七十三页，编辑于星期二：一点 分。 顺序控制是生产过程中常用的一种控制技术，它按照预先确定好的程序及时间控制某一过程从一个工序向下一个工序依次执行。 顺序控制是生产设备或生产过程根据工艺要求，按照一定的规则，通过事先编好的程序，在输入信号的作用下，使执行机构按照预定程序动作，实现以开关为主的自动控制。一、顺序控制概述一、顺序控制概述 第73页/共95页第七十四页，编辑于星期二：一点 分。 一般来说，为实现一个工业生产过程而对出现的开关量按时间或条件进行操作都属于顺序控制。如继电器的接通与断开、电磁阀的开闭、电动机的启停、定时器预定时间是否到达、计数器预定计数值是否计满等。 按照顺

38、序控制输入元器件及逻辑控制器件的特点可将顺序控制器分为继电器控制装置、半导体逻辑控制装置、可编程控制器三大类型。第74页/共95页第七十五页，编辑于星期二：一点 分。 继电器控制装置是根据控制对象的特点及工艺要求，先算出输出与输入条件的逻辑关系式，再按照该逻辑关系式把一定数量的继电器、接触器、开关及其他电器的相关触点用导线连接成相应的控制电路，从而达到自动顺序控制的目的。 继电器控制装置主要适用于简单的机床电器控制、化工、包装等控制逻辑不太复杂、工作电流较大的领域。第75页/共95页第七十六页，编辑于星期二：一点 分。 将半导体逻辑器件按一定的逻辑运算关系在印制电路板上连接成顺序控制系统，即称为半导体逻辑控制装置。 半导体逻辑控制装置可以构成逻辑功能极强、控制方式和种类非常丰富的系统，也是现场控制领域常用的控制方法之一。但该类控制装置往往专门为某一控制对象而研发，一旦控制对象或生产流程改变，需要对系统电路板进行更改。第76页/共95页第七十七页，编辑于星期二：一点 分。 可编程控制器把CPU、I/O、程序存储器、数字存储器等元件集成在同一个控制器中，强化了I/O口的数量、种类及功能，使控制器不需扩展就具有带多种负载的能力，有的控制器内还集成了光耦、电子看门狗等抗干扰电路，提高了抗干扰能力。应用时，操作人员只要将程序指令存储在程序存储器中，控制器便能根据程序的设置和