纯滞后过程控制课件.pptx

1、纯滞后过程控制xxx浙江大学控制系1谢谢观赏2019-6-30主要内容n问题引出nSmith 补偿器n改进Smith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真2谢谢观赏2019-6-30常规 PID 控制系统pGcase1：case2：比例积分控制器会发生什么情况？;140.2)(2spessG.140.2)(8spessG3谢谢观赏2019-6-30常规PID控制仿真case1：case2：怎么办？;140.2)(2spessG.140.2)(8spessG4谢谢观赏2019-6-30主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n改进Smith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控

2、制器n内模控制仿真5谢谢观赏2019-6-30Smith预估控制器()cG s()ppk gspse()D s()Y s()Y s()R s()cG s()ppk gspse()D s()Y s()Y s()R s()()()()1()()ppcppck gs G sY sR sk gs G s()()()1()()ppppck gsY sD sk gs G s6谢谢观赏2019-6-30Smith预估补偿原理关键是内部模型！()cG s()ppk g spse()D s()Y s()Y s()R s()cG s()psppk gs e()sG s()R s()U s()D s()Y s()Y

3、 s+-7谢谢观赏2019-6-30Smith预估补偿原理()cG s()psppk gs e()sG s()R s()U s()D s()Y s()Y s+-()()()()()()()1()()1()()()ppsppscppcsppcppsck gs eG sG sk gs G sY sR sk gs G sk gs eG sG s()()()psppppsk gsk gs eG s()()1pssppG sk gse8谢谢观赏2019-6-30Smith预估补偿器()()1pssppG sk gse()cG s()psppk gs e()1psppk gse()R s()U s()D

4、s()Y s()Y s+-9谢谢观赏2019-6-30Smith预估控制器()cG s()psppk gs e()ppk gs()R s()U s()D s()Y s()Y s+-+-pse+PID控制器10谢谢观赏2019-6-30单回路与Smith控制的对比仿真10se10se11谢谢观赏2019-6-30仿真：模型一致的情况Kc=1.1Ti=20Kc=10Ti=1单回路PIDSmith预估12谢谢观赏2019-6-30对比仿真（续）10se8se13谢谢观赏2019-6-30仿真：模型不一致的情况模型无偏差模型有偏差14谢谢观赏2019-6-30主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿

5、器n改进Smith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真15谢谢观赏2019-6-30改进的Smith预估控制器()cGs()psppk gs e()1psppk gse()R s()U s()D s()Y s()Ys+-理想Smith预估器改进Smith预估器11)(sTsGff16谢谢观赏2019-6-30主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n改进Smith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真17谢谢观赏2019-6-30基本内模控制结构内模控制器 不是PID控制器()cG s 如何构成的？()cG s()cG s()pG s()mGs()dG s

6、()Y s()D s()U s()R s()eD s18谢谢观赏2019-6-30内模控制器()cG s()pG s()mGs()dG s()Y s()D s()U s()R s()eD s1()()()()()1()()()()cmdcpcmG s GsGsY sD sG s GsG s Gs()0Y s 情况情况I：R(s)=0,D(s)=幅值为1的阶跃干扰 1()()cmG sGs19谢谢观赏2019-6-30内模控制器()cG s()pGs()mGs()dGs()Y s()D s()U s()R s()eD s()()()()1()()()()pccpcmGs G sY sR sG s

7、 GsG s Gs()()Y sR s情况情况II：D(s)=0,R(s)01()()cmG sGs20谢谢观赏2019-6-30内模控制的闭环传递函数()()()1()()()()()1()()()1()()()pcdcmcpmcpmGs G sGsG s GsY sR sD sG sGsGsG sGsGs由基本的内模控制结构图，可得：()cG s()pGs()mGs()dGs()Y s()D s()U s()R s()eD s1()()cmG sGs21谢谢观赏2019-6-30主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n改进Smith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿

8、真22谢谢观赏2019-6-30实际内模控制器1()()cmG sGs()1msmmmK eGsT s控制器是内模的逆！是否可以实现？1()msmcmT seG sK纯超前环节分子阶次比分母高结论：结论：理想控制器不可实现！理想控制器不可实现！23谢谢观赏2019-6-30实际内模控制器1()()cmG sGs1231()11mmmmmKT sGsT sT s控制器是内模的逆！是否可以实现？23111()1mmcmmT sT sG sKT s如果为负，不稳定控制器分子阶次比分母高结论：结论：理想控制器不可实现！理想控制器不可实现！24谢谢观赏2019-6-30用计算机很容易实现！实际内模控制器

9、1cmKK根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。首先将内部模型分为静态部分和动态部分：控制器动态近似为模型动态的逆！1()cmggs如何实现近似？25谢谢观赏2019-6-30实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即实际内模控制器()()()mmmgsgs gs将模型的动态部分进行因式分解：不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零点可逆部分，剩余的环节111()()()cmmmG sKgsGs26谢谢观赏2019-6-30实际内模控制器111()()()cmmmG sKgsGs1231()11mmmmmKT sGsT sT s23111()1mmcmmT sT sG

10、 sKT s分子阶次比分母高怎么办？加入一个静态增益为1的低通滤波器f27谢谢观赏2019-6-30实际内模控制器()cG s()fGs()pGs()mGs()dGs()Y s()D s()U s()R s()eD s1()1frfGsT s设为希望的闭环函数 使分母的阶次不小于分子的阶次28谢谢观赏2019-6-30主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n改进Smith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真29谢谢观赏2019-6-30内模控制仿真18se30谢谢观赏2019-6-30内模控制仿真1（续）31谢谢观赏2019-6-30内模控制仿真28se10se32谢谢

11、观赏2019-6-30内模控制仿真2（续）Tf 1Tf 4Tf 10Tf 2033谢谢观赏2019-6-30完全的内模控制结构Gc(s)控制器Gp(s)受控过程Gm(s)内部模型D(s)Y(s)Ym(s)U(s)R(s)De(s)+_+_+Gf(s)滤波器Gr(s)参考轨迹模型34谢谢观赏2019-6-30方案设计讨论2a)设计一套控制方案，来控制接触池开始处的氯离子的残余量。b)由于接触池中将会发生一系列的反应，氯离子真实残余量并不等于进入接触池的氯离子含量。环保局对氯离子真实残余量很感兴趣。因此，在接触池的出口处安装了第二台分析器。请设计一套控制方案来控制流出物中的氯离子残余量。35谢谢观

12、赏2019-6-30方案设计讨论5图示的裂解炉由两部分组成，共用一个烟道。在每一个部分中都在发生轻烃（碳氢化合物）和水蒸气的裂化反应。该装置通过控制进入到每一部分的燃料来控制裂解产品的温度，通过控制安装在烟道上的排风扇的转速来控制炉内压力。风扇可以引导燃气排出烟囱。当炉内压力增加时，压力控制器就会增加风扇速度来降低压力。a)设计一个比值控制方案，以使每一部分都能根据轻烃流量按比例控制水蒸气的流量。操作员只需要设定轻烃的流量。b)在过去几周的运行中，操作人员注意到压力控制器的输出总是100%。这表明控制器PC 57在尽最大可能来保证压力控制。然而，这并不是理想状态。这表明压力超出了可控范围。因此，必须设计一种控制方案。当该控制器的输出大于90%时，轻烃流量就需要减少来维持压力控制器输出稳定在90%。当轻烃流量减少时，用来保持出口温度的燃料需求量也会减少，这样会降低烟道压力，使得压力控制器降低风扇速度。当控制器的输出少于90%时，轻烃的输入流量就为操作人员的设定量。由于左边锅炉的效率没有右边的高。因此，减少轻烃流量的正确策略为首先将左侧的输入量减少到35%；如果还需要继续减少，再对右侧的输入进行减少，直到减少至35%（如果还需要继续减少，一个连锁系统将会关闭裂解炉）。请设计一个控制方案，以保证压力控制器的输出低于90%。36谢谢观赏2019-6-3037谢谢观赏2019-6-30