高级控制绪论

《高级控制及系统设计》

教学要求了解控制系统的设计目的，掌握控制系统方块图描述法掌握PID类常规控制策略，能够结合具体的工业过程设计合理的控制方案掌握控制系统的分析方法了解先进控制算法，掌握其设计思想、概念、特点及适用场合课程考核与参考资料主要参考资料：1、王树青等编著，工业过程控制工程.北京：化学工业出版社，2002.122、俞近寿主编，工业过程先进控制.

中国石化出版社，2002.013、席裕庚主编，预测控制.国防工业出版社，1993.064、王树青等编著，先进控制技术及应用.

北京：化学工业出版社，2001.075、陈伯时主著，电力拖动自动控制系统.

北京：机械工业出版社，2008.第一章绪论本章要求了解控制系统的设计目的结合具体对象，掌握单回路控制系统的方块图描述法，并掌握方块图中线与方框图的物理意义掌握过程控制中的常用术语（中英文）了解控制系统的主要分类与设计过程能够结合具体对象，了解控制系统的组成一、自动控制理论的发展控制理论的发展过程一般可分为三个阶段：

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“经典控制理论”时期

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“现代控制理论”时期

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“大系统理论”和“智能控制”时期1.经典控制理论●

研究对象：单输入－单输出系统（线性定常系统）●

研究方法：以传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析方法。●

代表人物：维纳（《控制论》）、伯德（伯德图法）和伊文思（根轨迹法）。2.现代控制理论●

研究对象：多输入－多输出系统（线性定常或非线性时变）●

研究方法：状态空间方法●

代表人物：庞特里亚金（极大值原理）、贝尔曼

（动态规划原理）、卡尔曼（卡尔曼滤波）等3.大系统理论和智能控制●

关系：前者是控制理论在广度上的开拓，后者是控制理论在深度上的挖掘。●

研究内容：“大系统理论”通过采用控制和信息的观点，研究各种大系统的结构方案、总体设计中的分解方法和协调等问题。“智能控制”通过模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。

二、控制系统的由来传感测量器：液位计+人眼控制器：大脑执行机构：手+手动阀差压传感变送器电动调节器自动调节阀液位控制系统的组成与方块图问题：指出每一条连接线所对应的变量信号的物理意义与单位，以及每一个方块所表示的意义？热交换器的温度控制系统热交换器温度控制系统方块图一般的单回路控制系统被控变量：温度、压力、流量、液位或料位、成分与物性等六大参数；三、自动控制系统的分类●按系统结构分类●按系统输入信号分类●按系统数学模型分类●按系统参数特性分类●按系统时间变量特性分类●其他分类方法1.按系统结构分类（1）开环控制系统工作原理：在控制器和被控对象之间只有正向控制而没有反馈控制，即系统的输出量对控制量没有影响。

图1-2开环控制系统原理框图(2恼)闭环有控制标系统工作镰原理移：根盼据被渗控量敌的反之馈信笛息，志即实疗际输析出量刘，来地修正剧控制袄装置抹对被村控对姿象的舱控制状作用井，实间现控妥制任舞务。(3泊)复合伪控制稼系统工作京原理质：闭星环控湾制与脆开环太控制赤相结魄合的穗一种塘自动贝控制躺系统壳。在霸闭环疤控制逼的基令础上罗，附逃加一俩个正龄馈通芹道，妥对干古扰信捉号进鼓行补数偿，俗以达贸到精解确的纺控制激效果创。2.按系呼统输伯入信掩号分傍类（1）恒趣值控掌制系雕统系统愁的输劈燕入信唉号是进某一暂恒定谈的常酬值，取要求珠系统那能够啄克服迟干扰甘的影先响，年使输蹄出量口在这咳一常丘值附姑近微匠小变对化。举例直：连多续生删产过关程中貌的恒架温、伪恒压腐、恒蚕速等金自动痒控制痛系统千。（2）程朴序控珠制系援统系统健的输上入信金号是特某一太已知乱的时本间函奸数（域不是犹常数城），昏要求浮系统投按照犹该时跃间函钉数进辽行顺问序操赏作。举例兔：数竿控机肤床按俊给定咱程序厦加工吹一个帽工件芒、家射用洗魄衣机点等。（3）随鲜动控恼制系禁统（邻或称盖伺服虹控制亩系统码）系统朱的输虫入信殖号是依一个刺未知膝的随垦时间承任意帅变化吊的函跳数，刻要求堪输出界量能夹够精虏确地践跟随基输入埋信号殖变化勾，称信为随岂动控私制系下统。随动毯控制升系统今中的刑被控捐量是逼机械霞位置赌或其面导数像时，赔称为楼伺服道控制晕系统刺。举例长：导例弹自躬动跟腰踪系闲统等鹿。3.按系锅统数取学模帝型分奇类（1）线崖性系浴统系统猜的运双动规盼律可恼以用寻一个舌或一酒组线攀性微池分方孔程来恼描述厕。线性巡寿系统笼的两臭个重冤要特辞性叠加播性：滑当同低时存掉在几艘个输麻入量鼻时，痰线性敌系统爹的输书出量去等于封各输融入量跃单独碰作用劫时所岭产生呢的输威出量匆之和矮。。齐次浓性：凑当输末入量采增大债或缩烂小Ｋ(Ｋ为实永数)倍时勾，线没性系菌统的再输出装量也丈增大衔或缩切小相斩同倍圆数。（2）非质线性劝系统●特点碗：系榜统某缎一环选节具暗有非香线性司特性蹄，不惹满足汪叠加饰原理敌。●典型泳的非腰线性胀特性织：继挤电器蒜特性艘、死甚区特陷性、丝式饱和服特性经、间抵隙特泊性等螺。图1-应5典型貌的非香线性博特性4.按系中统参按数特盼性分哑类（1）定节常系谨统系统琴参数竖在系翁统运拴行过秩程中眠相对零于时眨间是抗不变财的。举例拳：许主多物须理系恭统在耐所观意察的允时间圈范围幸内，插可以宣认为聪参数享是定登常的浩，它肝的微麻小变洋化可愧以忽递略不见计。（2）时辉变系狸统系统车中的户参数茫是时俱间的朵函数牌。举例蛮：在非工程炸上的朱大部炼分系到统属务于这部类系月统。5.按系嗽统时皆间变竞量特览性分啄类（1）连奖续时殃间系目统控制卡系统滤各环色节的舞输入参量和巷输出池量均蜘为时丧间的索连续笨函数艘。举例滥：工柳业生寺产中笑普遍歌采用狮的常斩规仪若表控室制系粘统。（2）离具散时王间系程统控制贴系统莫中有清一处肆或一则处以岔上的责信号旷是脉国冲序板列或殖数字漫编码何，愿又称健为采辱样控驾制系醒统。图1-蹄6采样烦控制归系统淋方框六图随着佛数字护计算贿机技晨术的歪飞速举发展虑，计欣算机捞作为修控制遭器已梯经广体泛引没入控草制系蔬统中收。计剪算机绑控制陶系统慰就是辟通过A/抬D转换戴器，膜将采能样信陵号转啦换为阀数字脱信号黑进行棉运算劈燕、处足理，拳得到滚的结顾果再筐经过D/戒A转换少器转更换为宫模拟楼信号面，用摆以驱弯动执怎行机斑构。６.其他遮分类系方法●按控开制系遭统的陈输入陈、输喂出数妄量分抗类，章有单戴输入还－单权输出晃系统挖和多省输入拍－多辅输出早系统涝；●按控凭制系斤统的粘功能呀分类艰，有潮温度央控制罚系统创、位狐置控禽制系适统、常速度猴控制折系统蛮等；●按组而成系厌统的啦部件孤分类脚，有豪机械强系统忆、电释力系眨统、鹊液压帽系统疑等；●按控逐制理励论分皮类，识有PI僚D控制脱系统拳、最亚优控麻制系巨统、掩预测挨控制业系统添、模谷糊控资制系所统等蛛。四、趟自动出控制所系统返的基来本要添求对于酒线性盗定常祸系统平，性期能指押标主您要包丸括三雀个方来面内滚容：厨稳定费性、拳动态橡性能弄指标葡和稳疏态误共差。1.稳定疾性一个县控制都系统卸能正谦常工翁作的骆首要烈条件溪。稳定丝式系统纽奉：当面系统居受到肚外部吗干扰茶后，拾输出各会偏拢离正择常工细作状凳态，框但是曲当干从扰消菠失后葵，系伶统能保够回昨复到蛋原来嚷的工淹作状著态，挣系统饮的输决出不挨产生抽上述胁等幅破振荡大、发厉散振狡荡或吹单调臣增长品运动胶。2.动态淡性能链指标反映纲控制痒系统龙输出翠信号隆跟随技输入勿信号腔的变造化情蹈况。当系隔统输胸入信店号为姜阶跃幸函数面时，视其输蒸出信殃号称繁为阶致跃响稻应。图1-片8阶跃防输入庄信号帽和输遇出响霞应曲够线3.稳态敬误差稳态俭误差郑（或辉称为付静态辽误差哑）是意指系赠统到班达平啄衡状乌态（制过渡矛过程动结束戏后）网后被乞控量挽与给匹定量增之间失的偏蚕差，糟记为辨。一般传要求夸稳态蜻误差屈在给纹定量膝的2％～5％之撑内。五、类常用丛控制宪算法PI该D类（包括讯：单肿回路PI勾D、串级贤、前医馈、递均匀纤、比阵值、观分程成、选轧择或心超驰委控制乐等）拜，特点弊：主要吩适用半于SI狸SO系统咸、基抄本上太不需横要对续