《过程控制系统》第一章.pptVIP

第五讲 模型预测控制 《过程控制系统》第一章（3） 过程控制系统概述(续) PCS在CIPS中的位置、地位和功能 ◇属于CIPS最低的一层； ◇是CIPS其他层次的基础。 ? CIPS需要的关于过程的实时数据的采集与处理； ? ? 常规（单回路）控制：在PCS中占75%～80%的份额； 主要采用最基本的PID控制。 ? ? 复杂（多回路）控制：串级、前馈-反馈、Smith预估、 耦合补偿（解耦控制）等。 过程控制系统概述(续) ◇ PCS的性能指标和对象的动态特性 ?性能指标 评价PCS运行的状态：稳态和动态(过渡过程); 全面反映生产工艺对控制提出的设计要求; 主要包括稳定性、准确性和快速性三方面. 时域单项指标（以阶跃相应曲线形式表示的性能指标）： 过程控制系统概述(续) PCS的性能指标和对象的动态特性 ?性能指标—时域单项指标（稳定性1、准确性2 3和快速性4） 1.衰减比n 过渡过程曲线上同向的相邻两个波峰之比，即B1：B2 一般用n:1表示。n愈小，衰减程度愈小，一般希望衰减比在4：1 ～10：1之间，多采用4：1。衰减率? = 1-（1/ n ）。 2.最大动态偏差和超调量σ 对定值控制系统，最大偏差是指过渡过程中被控变量第一个波的峰值与给定值的差；在随动控制系统中，还采用另一个指标——超调量σ(σ与?有一定的关系) 　 3.余差 过渡过程终了时，被控变量新的稳态值与设定值之差。 4.调节时间ts 被控变量从过渡状态回复到新的平衡状态（被控变量进入新稳态值的正负5%范围内不再超出）的时间间隔。还可用过渡过程的振荡周期或振荡频率衡量系统的快速性。 过程控制系统概述(续) ◇ PCS的性能指标和对象的动态特性 性能指标—时域综合指标（偏差积分性能指标 ） 以对整个过渡过程曲线的整体形状作评价。一般采用误差函数的积分形式表示。 假定控制系统希望输出与实际输出分别为r(t)和y(t),则定义误差（又称偏差）e(t)为e(t)=r(t)-y(t) ； 当系统有余差时，可定义e(t)=y(∞)-y(t) 。 误差积分指标（IE) 绝对误差积分指标（IAE) 平方误差积分指标（ISE) 时间乘绝对误差积分指标(ITAE) 过程控制系统概述(续) 性能指标—时域综合指标（偏差积分性能指标 ） 过程用常规PID控制器控制的典型闭环阶跃响应 ◇对指标的讨论: 过程控制系统概述(续)性能指标—时域综合指标（偏差积分性能指标 ） IAE指标在图形上就是偏差面积积分，对出现在设定值附近的偏差面积与出现在远离设定值的偏差面积是同等对待的。而ISE指标却对同一偏差面积由于离设定值远近不同引起的目标值J是不一样的。所以说，ISE相对于IAE而言，前者对大偏差敏感。若用1SE指标来调整控制器参数，则所得到的过渡过程不会出现大偏差，当然其他的指标将会有所下降。 时间乘绝对误差积分指标（ITAE)，实质上是把偏差面积用时间来加权。ITAE指标对初始偏差不敏感，而对后期偏差非常敏感。 时间乘平方误差积分指标(ITSE)兼有ISE指标和ITAE指标的特点，用它来调整控制器参数，可以得到比较理想的结果。 过程控制系统概述(续) ◇ PCS的性能指标和对象的动态特性 一、基本概念 ?被控对象的动态特性反映了对象在动态下的行为，是设计出合理的PCS的主要依据； ?被控对象的动态特性的特点： 1.过程控制对象（如工业锅炉、换热器、精馏塔和反应器等）必然包含物质流以及能量流，其流入量 和流出量间的平衡状况决定了其运行状态（稳态和动态）。 *注意流入量和流出量与输入量和输出量的区别； *例： 液体电加热对象（P20 图2-2）. 2.具有储蓄容积C和流动阻力R(惯性，慢过程和容积迟延)， *举例：液体电加热对象，电路，水槽液位或贮气罐压力。 过程控制系统概述(续) ◇ PCS的性能指标和对象的动态特性 一、基本概念 ?被控对象的动态特性的特点： 3. 还常常具有纯迟延（滞后） τ