对象建模与第5章基本控制规律.ppt

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1、调 节 器(控 制 器 ) 被 控 对 象测 量 变 送 环 节(传 感 器 、 变 送 器 )+ x 执 行 器z e u q yf“ ”“ ” 影响控制指标的主要因素固 定 因 素 ： 对 象 特 性 测 量 仪 表 特 性 执 行 器 特 性补 偿 因 素 ： 这 是 自 动 控 制 的 主 要 研 究 内 容 干 扰 变 量 被 控 变 量 ( ) ( 1) ( )1 1 0 1 0( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )n n mn my t a y t a y t a y t b x t b x t b x t iq 0q 0qiq 0 /q H R iq 0q A

2、hdV q qi odt V Ah dhA q qi odt o hq R idh hA qdt R ( ) i idhT h K q T AR K Rdt 、 （ ）0 0 00 ii i ih h h h qq q q 记 ( 、 为 平 衡 状 态 的 值 ） 00 0 0i dhh K q dt 由 于 有 iiid hT h K qdt （ ） iq 0q A h iiid hT h K qdt （ ）( ) ( ) ( )iTsH s H s K Q s ( )( ) 1iH s KQ s Ts ( ) i AQ s s( ) ( )1 ( 1)iK KAH s Q sTs s T

3、s 1 1( ) ( ) ( 1)KAh t L H s L s Ts 1 1KA KATL s Ts 1 1* ( )1TKA L s Ts (1 )tTKA e ( ) ( )dyT y t K x tdt ( )( ) 1Y s KX s Ts ( ) (1 )tTy t KA e h()y(t) T0.632h()x(t) ta 01(0) (1 ) 0( ) (1 )( ) (1 ) 0.632 ( )TTy KA ey KA e KAy T KA e y qi ta 21 22 ( ) ( )d y dya a y t K x tdt dt 21 2( )( ) 1Y s KX s

4、 a s a s 1 21 2( ) 1 t tT Ty t KA k e k e 不 相 关双 容 ( )y t iq 0q,A hfq/l v )()( tqtq if ( ) ( ) ( )fdh tT h t K q tdt ( ) ( ) ( )idh tT h t K q tdt ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 s is iTsH s H s Ke Q sH s K eQ s Ts ( ) ( ) ( )dy tT y t K x tdt ( )( ) 1 sY s K eX s Ts 0 t( ) (1 ) tt Th t KA e qi ta h()h T0.632

5、h() qi ta( ) 1KG s Ts ( ) 1 sKG s eTs 21 2( ) 1 sKG s eTs T s 一 阶 响 应 曲 线 比 较2( )/ ( )h t h t 一 阶 21 2( ) 1KG s Ts T s 阶 跃 输 入t0A t0A 矩 形 脉 冲t1 seTsKsG 1)( u f y K其 它 参 数不 变 uyKo fyK f 调 节 器 执 行 器 对 象传 感 器 、 变 送 器+ SPx z e u q yf ( ) ( ) ( ) 0e t x t z t 控 制 规 律f（ ） z(t)x(t) e(t) u(t)( ) ( ) ( )u t

6、f z x f e ( ) ( )z t u t ( ) ( )z t u t maxmin e(t) 0( ) e(t) 0 uu t u 当 打 开当 关 闭一 、 位 式 控 制x(t) z(t)e(t) u(t)+ umax u min eu 罐压 力变 送 器 排 放电 磁 阀 1 P 110( ) 0 1 90 P 1100 P 90u t 或 u x(t) z(t)e(t) u(t)+ umax umin u e u a biq 0qO iq 0qOa b eu ( ) ( ) pu t K e t * ( ) pK e t 二 、 比 例 控 制 pu K e 0 pu u K

7、 e K P u(t)e(t)z(t)+ _x(t) e(t)u(t) p uK e max minmax min *100%zz zuu u max minmax min * *100%u u zz z u max minmax min * *100%u u ez z u 1* *100%pC K %1001 pK pK ( )G s ( )Y s( )F s( )X s( ) ( )( ) ( ) ( )1 ( ) 1 ( )p p pK G s G sY s X s F sK G s K G s 1( )X s s( ) 1( ) 1 ( )p pK G sY s K G s s 0 (

8、 )( ) lim * ( ) 11 ( )ps pK G sy s Y s K G s 1( )F s s( ) 1( ) 1 ( )pG sY s K G s s 0 1( ) lim * ( ) 01( )s py s Y s KG s PP K , K 余 差 小 或 一 对 矛 盾 要 统 筹 兼 顾稳 定 性 高 或 三 、 积 分 控 制 1 (t)dt i iu eT 积 分 u(t)e(t)z(t)+ _x(t) uI(t)e(t)IA tTuI(t)e(t)IA tT 1( ) ( ) ( ) p iu t K e t e t dtT 1( ) (1 ) p iG s K

9、Ts eKp piK edtT ( )e t A 1( ) ( ) 1 ( ) ( ) p ip ip iu t K e edtTK A AdtTAK A tT (0) pu K A ( ) 2i pu T K A A pi iKu A tT iT( )e t p pu K A( )u t 图 3-9 比 例 积 分 控 制 器 特 性 5100% 3020 2015 10 15u(t) mine(t)10 2 431 min 1(1 )IKp Ts ( )Gs ( )Y s( )F s( )X s( 1) ( ) ( )( ) ( ) ( )( 1) ( ) ( 1) ( )p i ii p

10、 i i p iK Ts G s TsG sY s X s F sTs K Ts G s Ts K Ts G s 1( )X s s( 1) ( ) 1( ) ( 1) ( ) p ii p iK Ts G sY s Ts K Ts G s s 0( ) lim * ( ) 1sy s Y s 1( )F s s( ) 1( ) ( 1) ( )ii p iTsG sY s Ts K Ts G s s 0( ) lim * ( ) 0sy s Y s 积 分 作 用 的 特 点 ： 消 除 余 差 ， 会 降 低 系 统 稳 定 性 ；注 意 事 项 ： 引 入 积 分 作 用 以 后 ， 能

11、 消 除 余 差 ， 但 系 统 的 稳 定 性 必 然 会 降 低 ， 所 以 在 使 用 过程 中 应 适 当 降 低 比 例 作 用 （ 增 大 比 例 度 或 降 低 比 例 增 益 ） 当 对 象 滞 后 很 大 时 ， 可 能 控 制 时 间 较 长 、 最 大 偏 差 也 较 大 ； 负 荷 变 化 过 于 剧 烈时 ， 由 于 积 分 动 作 缓 慢 ， 使 控 制 作 用 不 及 时 ， 此 时 可 增 加 微 分 作 用 四 、 微 分 控 制 d d deu T dt微 分 u(t)e(t)z(t)+ _x(t) e(t)u(t) 00+ AtTdAe(t)u(t) t0

12、t0 ( )( ) ( ) p d de tu t K e t T dt ( ) (1 ) p dG s K T s eKp ( )p d de tK T dte(t) Ae(t)0 Atu(t) T+ KpA(a) u(t) 0+ e(t)=Atu(t)=(Td+t)A(b) ( ) ( )d p ddT du deu K e TK dt dt (1 )( )( ) ( ) 1p dddK T sU sG s T sE s K d1: 11(1 )( ) 1 1 111 1 1 ( 1) dd d p dddT ddK dp dddp d tp d K T s au t L T s sK T

13、T KK aL Ts sKKK aL s sK a K e 令 e(t) au(t) 0.632KP(Kd-1)aK PaKdKPa (Kd-)KPa d当 t = 0+时 u KdKPa当 t 时 u Kpa当 t = d时 u KPa 0.368（ Kd 1） KPa K p的 测 定 ： u()/aK d的 测 定 ： u(0)/u()Td的 测 定 ： 测 出 d后 乘 以 K d 微 分 作 用 的 特 点 ： 对 于 有 过 渡 滞 后 的 对 象 ， 采 用 PD控 制 能 明 显 改 善 过 渡 过 程 的 品 质 ； PD控 制 有 超 前 作 用 Td， 微 分 作 用 加

14、 强 ， 系 统 稳 定 性 提 高 ， 表 现 为 ： 衰 减 比 增 大 ； 过 渡 过 程 最 大 偏 差 减 少 emax； 过 渡 时 间 tp； Td太 大 ， 微 分 作 用 太 强 ， 导 致 反 应 速 度 过 快 ， 引 起 系 统 振 荡 引 入 微 分 作 用 以 后 ， 不 能 消 除 余 差 ， 但 余 差 会 有 所 减 少 微 分 作 用 对 纯 滞 后 的 对 象 不 起 作 用 。 微 分 作 用 适 用 于 过 渡 滞 后 强 的 对 象 ， 如 ： 温 度 对 象 (其 他 系 统 较 少 用 )微 分 作 用 对 高 频 噪 声 非 常 敏 感 ， 在

15、 流 量 控 制 系 统 总 流 量 测 量 信 号 通 常 包含 脉 冲 干 扰 ， 象 这 类 对 象 一 般 不 加 微 分 作 用 。有 些 系 统 由 于 反 应 太 快 ， 可 加 “ 反 微 分 ” ， 以 降 低 系 统 的 灵 敏 度 。现 场 控 制 系 统 中 用 比 例 微 分 作 用 的 不 多 ， 较 常 见 的 是 比 例 积 分 微 分 三 作用 控 制 规 律 （ 通 常 称 为 PID控 制 ） 。 1( ) ( )1( ) (1 )p dip di deu t K e edt TT dtG s K T sTs 11( ) 11 dip di i dT sTsG s K T sK Ts K 1( ) (1 )p diG s K T sTs 11( ) 11 di p di i dT sTsG s K T sK Ts K uPuDu PID e(t) e(t)uPu DuPIDuI uI