复杂规律计算机控制系统设计PPT课件

1、.第1，6章复杂规律计算机控制系统设计，杨黄子源与电力工程学院热能与电力自动化研究所。2，自动控制系统基本概念，手动控制：偏差自动控制系统修改的偏差重新控制测量：使用控制器代替人类功能，3，自动控制系统基本概念，输入量：定量(给定信号)；产出：受控量(温度)；反馈：输出量通过适当的测量设备以输入与输入的比率返回全部或部分信号。偏差：输入和输出数量的比较结果。开环控制系统闭环控制系统，4，自动控制系统基本概念，温度控制系统，5，复杂规则计算机控制系统，级联控制前馈控制解耦控制均匀控制分割控制最优控制，6，6.1级联控制6.1.1级联控制系统的配置和工作原理，例如管壳式换

2、热器出口温度控制，1，单回路控制：温度控制电路，2，级联控制：温度控制电路和压力控制电路，压力控制电路，管壳式换热器，7，级联控制系统方框图，1，结构特征：至少2个调节器，调节器串行，多回路；2，回路特性：主回路是值回路，辅助回路是后续回路。3，主回路输出为指定给次回路的值(更改)。4、扰动：一(二)电路的扰动是一(二)扰动；8，(1)减少二级控制对象的等效时间常数二级控制电路的传递函数：普通：6.1.2级联控制系统的优点和一级和一级级联控制系统的优点，9，二次控制电路的传递函数：正常：因此分析：系统动作灵敏，反应快，及时曹征；成反比的话，就会增加和减少。可以增加，有助于抑制干扰。10，(2)

3、系统的工作频率增量级联控制系统的特性方程如下：操作频率：11，相应的单回路控制系统的工作频率：分析级联控制系统提高了系统的工作频率，提高了系统的动态特性。辅助控制调节器的比例系数越大，工作频率就越高。12，(3)抑制二次扰动的功能增强通过使串行控制成为等效变换，系统的输出到扰动的传递函数：系统的输出到输入传递函数：13，0的方向越大，抗干扰能力越强：常数值倾向越高，系统输出稳定性越高，系统输出稳定性越好，可以使用抑制扰动的功能。如果主控制项和辅助控制项均使用比例控制项，14，相应的单回路控制系统输出扰动的传递函数：输入的输出传递函数：抗干扰功能为、15，(4)提高负载的可变性级联控制系统等效辅

4、助控制对象的放大系数分析：1，由于变更的影响较小，因此减小了辅助控制对象的放大系数，降低了负载变更的影响；2、辅助控制回路是辅助控制调节器调整指定值，保证操作条件和负载变化时曹征系统质量优良的伺服系统。16，2，级联控制系统的应用，(1)抑制控制系统的扰动辅助控制电路包含主扰动，提高主参数的控制性能，(2)克服对象的纯滞后，(3)减少对象的非线性影响辅助控制电路包含非线性对象主，打开辅助控制对象的时间常数。17，6.1.3计算机级联控制系统，1，系统结构，D1(z)计算机实现的主电路数字调节器(公用PID法则)D2(z)计算机实现的辅助环路数字调节器(公用PID法则)H0(s) 0次固定器，0

5、、18，2，算法步骤，1。1.与主要和次要回路取样周期相同(同步取样：T1=T2=T)想法：外部回路内的回路，(1) 1)计算主要回路的偏差e1(kT)，19，1。同步采样：T1=T2=T，(1)计算主回路的偏差e1(kT) (2)主调节器的增量输出u1(kT)，20，1。同步采样：T1=T2=T，(1)计算主电路的偏差e1(kT) (2)主调节器的增量输出u1(kT) (3)主调节器的位置输出u1(kT)，21，1。同步采样：T1=T2=T，(1)主电路的偏差计算e1(kT) (2)主调节器的增量输出u1(kT) (3)主调节器的位置输出计算u1(kT) (4)辅助，22，1。同步采样：T1

6、=T2=T，(1)主电路的偏差计算e1(kT) (2)主调节器的增量输出u1(kT) (3)主调节器的位置输出计算u1(kT) (4)辅助，23，1。同步采样：T1=T2=T，(1)计算主回路的偏差e1(kT) (2)主控制器的增量输出u1(kT) (3)计算主控制器的位置输出u1(kT) (4)辅助回路的偏差，24，T1=nT2(子控制对象响应快)或T2=nT1(主对象响应快)n是正整数，2 .主回路和子回路采样周期不同(异步采样)的主控制对象和辅助控制对象的特性在异步采样调整方面存在很大差异。示例：压力对象响应速度温度对象响应速度慢压力对象：温度对象响应与采样速度不匹配，计算机工作量大；按

7、温度对象：降低快速对象电路的控制性能，降低扰动抑制能力。25，6.1.4级联控制系统的设计原理，1 .将主扰动包含在二次电路中；二次回路应尽可能包含积分链路。二次回路控制参数必须是可测量的中间变量，或者是可通过观测分析推断的中间变量。4.在主控制循环采样周期T1 T2中，T1和T2必须至少相差3倍，以防止主控制循环之间的相互干扰和共振，26，辅助调节器D2(z)比例控制PI曹征规则(比例系数不能太大)包括预期闭环特性、6.1.5级联控制和选择辅助控制调节器、主调节器D1(z)差动控制提高了运动速度，使系统敏感。27，具有预期闭环特性的辅助调节器设计：闭环系统的z传递函数：辅助调节器：28，一般

8、可配置辅助控制系统的闭环传递函数为：式。n是分子或分母合理多项式的最大幂级数示例：因此构成：29，6.1.6其他形式的串行控制系统1。一回路差动高级串级控制系统，目的：1 .主调节器输出(即，为辅助调节器指定的输入值)太大，以防止子电路的不稳定性。2.副受控目标惯性大，导致调节质量下降。向二次回路微分子反馈回路添加微分控制链路，30，设定差动初级传递函数：差动调节器的位置输出：格式中：31，二次控制回路差动一次串行控制系统算法步骤：(1)计算主电路的偏差(2)计算主调节器的增量输出(3)计算主调节器的位置输出(4)差动前置调节器输出(5)计算次控制电路的偏差(6)计算次控制调节器的偏差，32，

9、2。多回路级联控制系统，算法阶段：两个电路的相似PID操作。外回路内回路分叉以下回路的加权处理示例：火电厂单元控制系统。33，6.2前馈控制6.2.1前馈控制的工作原理，基于偏差的反馈控制的优点：控制精度高的缺点：及时抑制扰动(尤其是惯性大的对象延迟)，前馈控制直接控制扰动的优点：及时补偿，甚至消除对扰动控制量的影响的缺点：仅在扰动发生时前馈扰动量的补偿效果1。受控制对象控制；2.根据前馈曹征规则补偿扰动的影响(不等待控制实现)，34，如果有扰动N(s):Y(s)=Y1(s)Y2(s)=0“完全补偿”，其中：前馈调节器的曹征法则为，是35。1、前馈调节器应表明只有前馈扰动才有补偿效果。2、动态

10、前馈调节器Df(s)的确定与对象特性测试精度相关，经常难以准确获取实际对象特性，因此，完全补偿扰动角色并不容易；3、前馈控制是开环控制，前馈效果不反馈给前馈控制，当系统的参数漂移和控制偏离指定值时，仅前馈控制就很难正确控制性能。36，6.2.2前馈控制类型动态前馈、静态前馈、前馈反馈、前馈序列、动态前馈控制对象扰动通道和控制通道的动态特性不同时。37，2。当静态前馈控制对象扰动通道和控制通道的动态特性相同时，通常静态前馈控制器的传递函数Df(s)根据静态方程推导出示例。教科书P126，也就是说，例如，38，3。前馈-反馈控制，输入R(s)=0:将前馈控制和反馈控制同时应用于控制对象，当前馈控制

11、完全补偿时Y(s)=0，前馈控制模型为：39，前馈-反馈控制的优点：(1)前馈控制及时抑制主要(可测量)扰动的影响，这可以用作系统粗糙度。提高控制性能，简化控制系统。(2)负反馈控制可以消除前馈控制无法克服的所有其他干扰因素，并将精确控制(偏差为零)作为系统微调。(3)即提高了控制性能，简化了控制系统。(4)减少不完全补偿部分对控制量的影响，40，前馈-反馈控制系统结构的另一种形式，特征：1。前馈调节器的输出发送到反馈调节器的输入部；前馈控制通道较长。3.结构简单，前馈调节器的模型是：41，4。前馈-级联控制、前馈控制和级联控制都应用于受控对象、二次控制循环等效传递函数：系统的输出为：42，讨

12、论扰动的影响时R(s)=0，实现值：串行二次电路通常(内部电路可以快速抑制扰动)，前馈调节器的模型为，43，6.2.3计算机前馈控制，即，变形：计算机前馈控制的实现将前馈曹征定律Df(s)离散化为Df(z)，44，采样周期t足够短，纯延迟时间为采样周期t的整数(:)，方差化为差分方程：拉普拉斯逆变换，前馈调节器的微分方程：编写前馈调节器的软件。45，调节器算法阶段，(1)反馈控制的偏差计算e(kT)，(2)反馈调节器(数字PID)的输出c(kT)，(3)前馈调节器Df(z)的输出u()，46，前馈-反馈控制的算法流程图，(1)传输参数和每个延迟时间序列；(2)输入、取样；(3)计算前馈调节器和

13、反馈调节器的输出。(4)移动时间序列的各个存储单元以形成延迟时间序列；(5)前馈-计算反馈调节器的输出。，47，6.2.4前馈控制选择，(1)高扰动频率、大宽度、对控制参数的显着影响，难以消除不可控制反馈控制扰动影响的情况下前馈控制；(2)前馈反馈控制在主扰动不能包括在辅助控制电路中时使用。(3)扰动通道和控制通道的时间常数接近，采用静态前馈控制。(4)静态前馈(静态前馈)可以在没有动态前馈的情况下满足要求。(5)如果扰动通道的时间常数大于控制通道的时间常数，则使用反馈控制。在控制性能要求高的情况下，引入前馈控制。(6)如果扰动通道的时间常数远远小于控制通道的时间常数，则前馈控制几乎不起作用。48，6.2.5设定前馈调节器参数1。设定静态前馈系数1。闭环设置方法，(1)分离前馈调节器，仅访问负反馈，使系统在闭环状态下工作；(2)系统稳定后，记录扰动正常状态值n0(t)和反馈调节器输出u0 (t)。(3)因阶段扰动，系统稳定时记录n1(t)和u1 (t)。(4)静态前馈系数计算；(5)采用计算出的静态前馈系数，引入前馈调节器。U(S)，49，2。试错方式，(1)将静态前馈KF引入负反馈系统；(2)通过步进扰动逐渐增加KF。(