计算机控制技术控制算法.ppt

由式（5-7）得 所以，控制器的输出： 系统的输出： 式（5-21） 式（5-22） 从式（5-21）看出，控制器的输出振荡衰减且速度很慢（在10个采样周期 以上），而从式（5-22）看出，系统的输出只需要一拍就跟上输入的变化， 因此，Ts=T。 2）构造无纹波最少拍控制器： 由式（5-20）可以看出，G(Z)中含有一个零点 和纯滞后环节Z-1，还包含一个在单位圆上的极点。因此，分别构造满足式（5-19）的Φ(Z)和满足式（5-15）且与Φ(Z)之和为1的Φe(Z)有 式（5-23） 式（5-24） 式（5-25） 式（5-23）、（5-24）和（5-25）联立，解得：a=0.582，b=0.418 所以有 因此，数字控制器的输出为： 系统的输出为： 式（5-27） 从式（5-26）看出，控制器的输出经过4拍后就基本衰减为零，而从 式（5-27）看出，系统的输出需要两拍后才能跟上输入的变化，因此， Ts=2T。 将式（5-26）和（5-21）比较，再将式（5-27）和（5-22）比较后可以看 出，消除纹波是以牺牲调节时间为代价的！ 式（5-26） y(t) 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T t 1 （a）数字控制器输出波形比较 （b）系统输出波形比较 图27 例1有纹波系统和无纹波系统波形比较 图5-13中，红色线表示无纹波系统波形，蓝色线表示有纹波系统波形。 两者比较可以看出，有纹波系统控制器输出u(t)振荡收敛使得系统最终的输出y(t)从第一拍后只在采样点上满足无静差，而在非采样点上则呈振荡收敛，即有纹波现象；而无纹波控制器虽然调节时间延长了一个拍，但从第二拍后由于控制器输出u(t)在第二拍后即为零，所以，系统输出y(t)在第二拍后无论在采样时刻还是非采样时刻都能保证静差为零。 3.5 复杂控制技术 一、串级控制系统 二、前馈控制系统 本节主要内容 一、串级控制系统 1.问题的产生 串级控制是在单回路PID控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，当系统中同时有几个因素影响同一个被控量时，如果只控制其中一个因素，将难以满足系统的控制性能。串级控制针对上述情况，在原控制回路中，增加一个或几个控制内回路，用以控制可能引起被控量变化的其它因素，从而有效地抑制了被控对象的时滞特性，提高了系统动态响应的快速性。 内环的作用是将外部扰动的影响在内环进行处理，而尽可能不使其波动到外环，加快了系统的快速性并提高了系统的品质。 串级控制系统中选择内环时应考虑其响应速度要比外环响应速度快得多。 例2：炼油厂管式加热炉的温度控制，要求加热炉出口温度T恒定 燃料 原料 T0 出口 Tt 图28 管式加热炉结构示意图 分析：影响加热炉出口温度T的 几个主要原因如下： 1）原料油的初始温度 2）原料油的流量 3）燃料的流量 4）燃料的燃烧值 其中1）、4）是无法控制的； 2）、3）则是可以控制的。因此， 可以得到以下几种解决方案。 方案一：单回路炉温反馈控制（直接控制） 原料 T0 出口 Ty 图29 管式加热炉的单回路温度控制图 温度检测Tt 温度控制Tc 燃料 流量 流量控制阀 出口期望温度T1 - + 1）工作原理分析 2）存在问题 所有的扰动都通过温度偏差补偿，因此，控制滞后严重，尤其对由于原料油和燃料油流量引起的偏差，控制不及时，导致输出温度偏差大，控制质量差。 方案二：单回路燃料流量反馈控制（间接控制） 原料 T0 出口 Ty 图30 管式加热炉的单回路流量控制图 流量检测Ft 流量控制Fc 燃料 流量 流量控制阀 与出口期望温度对应的 期望流量值F1 - + 1）工作原理分析 2）存在问题 由于没有之间监控出口炉温，当原料油初始温度和流量等因素干扰时，系统不能及时响应，控制滞后，偏差大，控制质量差。 方案三：出口炉温和燃料流量双回路反馈控制（串级控制） 燃料 流量 原料 T0 出口 Ty 图31 管式加热炉的双回路反馈控制图 流量检测Ft 流量控制Fc 流量控制阀 由温度控制器输出的 期望流量值Fx - + 温度检测Tt 温度控制Tc - + 出口期望炉温值T0 1）工作原理分析 ?当干扰来自原料油 ?当干扰来自燃料油流量的变化 ?上述两种干扰同时存在时 2）特点： Fc和Tc同时作用，即能对燃料油流量的变化（主要