第四章matlab与过程控制系统仿真.pptVIP

串级控制系统的结构特点： 1．由两个或两个以上的控制器串联而成，一个控制器的输c出是另一个控制器的设定。 2．由两个或两个以上的控制器、相应数量的检测变送器和一个执行器组成。 3．主回路是恒值控制系统，对主控制器的输出而言，副回路是随动系统。 串级控制的主要优点可概括如下： 1．将干扰加到副回路中，由副回路控制对其进行抑制； 2．副回路中参数的变化，由副回路给予控制，对被控量G1的影响大为减弱； 3．副回路的惯性由副回路给予调节，因此提高了整个系统的响应速度； 例1 设副对象特性为 ，主对象特性为 ， ，采样时间为2s，外加干扰信号为sin(50t)。 例2 假设系统从动量传递函数为 设计该从动对象的单闭环比值控制系统。 单闭环比值控制过程相当于从动量随主动量变化的随机控 制过程。假设主动量由一常值10加幅值为0.3的随机扰动构成， 从动量受一个随机干扰。主动量和从动量的比值假定为3。 （Kp=0.3,Ki=0.02） 为了利用Workspace中强大的绘图功能，将多张图绘制在一 起，将输出传到Workspace。 建立模型及simout设置运行后，在命令窗口输入 plot(tout,simout,tout,simout1,tout,simout2) 再用输出图形中的菜单Insert-text增加图释。 Simout模块的设置： 输出曲线 例3 某主动量和从动量控制系统的数学模型分别为： 假定主动量给定值为5，主动量和从动量的比值为4，主动控制 和从动控制系统均受随机干扰。（主、从控制回路均选择PI控 制方式，Kp=0.82,Ki=0.05）。 输出曲线 3.1.1 系统结构 1、系统自衡性分析： 如对于G1(s)，输入命令 num=[0.5]; den=[3,1]; step(num,den) 得出阶跃响应曲线见右图， 说明系统是自衡的。 2、静态前馈控制器参数整定 1、自衡性分析 做单位阶跃响应曲线。 2、前馈通道整定 1、某隧道窑炉系统，考虑烧成带温度为主变量，燃烧室温度为副变量的串级控制系统，其中主、副对象的传递函数 分别为： 主、副控制器的传递函数 分别为： 试设计串级控制方案并进行仿真。 三、前馈控制系统仿真 3.1 前馈控制系统基础知识 反馈控制是基于被控量的偏差进行的，没有偏差也就不存在反馈控制。当然，只要存在偏差，控制系统就不可能保持在理想控制要求上，而是在理想要求附近摆动。所以，反馈控制是接近理想要求，但永远也无法保持理想要求的控制。 当被控对象呈现大延迟（如含有较大的容积延迟或纯延迟）或所受干扰较多，干扰频率较高，要求系统快速反应实现控制目的时，反馈控制系统的控制效果往往不够理想。 与反馈控制相比，前馈控制很好的弥补了反馈控制的一些缺点。前馈控制是针对扰动量及其变化进行控制的。 干扰对系统的作用是通过干扰通道进行的，前馈的控制原理是给系统附加一个前馈通道（或称前馈控制器），使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制量。利用扰动所附加的控制量与扰动对被控制量影响的叠加消除或减小干扰的影响。 3.1.2 系统特点 前馈控制系统主要特点如下： （1）属于开环控制 只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。但若系统中有一个环节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。另外，系统的控制精度取决于构成控制系统的每一部分的精度，所以对系统各环节精度要求较高。 （2）很强的补偿局限性 前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用的叠加来消除干扰的影响。因此，固定的前馈控制只对相应的干扰源起作用，而对其他干扰没有影响。 而且，在工程实际中，影响生产过程的原因多种多样，系统随时间、工作状态、环境等情况的变化，也会发生变化甚至表现出非线性，这些都导致不可能精确确定某一干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。因此，前馈控制即使对单一干扰也难以完全补偿。 （3）前馈控制反应迅速 在前馈控制系统中，信息流只向前运行，没有反馈问题，因此相应提高了系统反应的速度。当扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差比较有效。这非常有利于大迟滞系统的控制。 （4）只能用于可测的干扰 对不可测干扰，由于无法构造前馈控制器而不能使用。 3.1.3 系统分类 按结构，前馈控制