第2章+提高响应曲线性能指标的控制系统.ppt

2、用计算机实现 交叉相乘并进行反变换，可得 控制器GC的偏差信号可按下式计算 或 需要注意：控制器GC仍然是常规控制（如PID、PI） 2.3.2 内模控制 内模控制－有一个被称为内模的过程模型，控制 器设计由过程模型直接求取 特点： （1）能明显改进对纯滞后过程的控制 （2）能够对系统的鲁棒性进行调整，有一定的 实用价值 2.3.2 内模控制 1. 内模控制结构、原理 如图分别为反馈控制(a)和内模控制(b)的典型方块图。 原理 情况 I ：R(s)=0, D(s) ≠0 假设模型匹配，即 ﹡ + ?p(s) Gc(s) Gp(s) - R(s) D(s) Y(s) + + + U(s) - (s) Gc(s) Gp(s) - R(s) D(s) Y(s) + + + U(s) (a) (b) 如果 可逆，即 可以实现，则令 于是，可得 表明该控制器是克服外界扰动的理想控制器。 情况 II： D(s)=0, R(s) ≠0 表明该控制器是完全跟踪设定值变化的理想控制器。 1. 内模控制结构、原理 * * Copyright by Zhaona Chen 1. 内模控制结构、原理 综合情况 I 和 II，内模控制系统有以下关系式 当模型匹配时，上式简化为 实际中，理想内模控制器很难得到。原因是： (1) 模型与不同工况下的实际过程总存在误差。 (2) 有时不可实现。 为什么？ 2. 实际内模控制器 实际内模控制器设计可分两步 步骤1 将过程模型作因式分解 包含纯滞后和正实部的 零点，并规定静态增益为1 步骤2 控制器按以下设计 ，f 为低通滤波器， 且静态增益为1，假设模型匹配 ，可 得 2. 实际内模控制器 令D(s)=0，则设定值变化的闭环传函为 表明滤波器 f 能够影响系统闭环性能。 通过调整滤波器时间常数 Tf 来改变系统性能。 Tf越小，系统调节越快，跟踪滞后越小。 Tf越大，系统的鲁棒性越好。 内模控制优于Smith预估控制。 3. 内模控制与反馈控制关系 对内模控制方块图进行 变换，令虚线方框为反 馈控制方块图中的Gc，则 ﹡ + ?p(s) Gc(s) Gp(s) - R(s) D(s) Y(s) + + + U(s) + ﹡ + ?p(s) Gc(s) Gp(s) - R(s) D(s) Y(s) + + + U(s) - (s) 3. 内模控制与反馈控制关系 在 时，有 表明控制器的零频增益无穷大，因此可消 除阶跃扰动引起的误差。 结论：若内模控制器的静态增益与模型静态增益互为倒数，则内模控制可消除余差。 2.4 系统关联和解耦控制 2.4.1 系统关联分析 1. 控制回路间的关联 实际生产中，要控制的变量、操纵变量多；需要设 置的控制回路也多。而这些变量之间存在各种形式 相互关联，构成多输入多输出的耦合系统。 如何控制这些耦合系统呢？ 1. 控制回路间的关联 实例：连续搅拌反应釜控制系统 Qf, Tf Qc, Tc 出料 进料 冷却剂 TC CC 回路1 回路2 回路1与回路2相互关联 控制回路关联对控制性能有影响吗？如何影响的？ 2. 关联系统的稳定性分析 设两个被控变量和两个操纵变量的过程如图所示 (a) 开环 ＋ ＋ ＋ ＋ (b) 闭环 Gc1 Gc2 G11 G22 G21 G12 R1 R2 2. 关联系统的稳定性分析 开环系统的传递函数 若G12(s), G21(s)都为零，则系统无关联。对应的输入输出 关系为 若G12(s)和G21(s)有一个不等于零，则称系统为半耦合或称 单方向关联系统。如果两个都不等于零，则称系统为耦 合或双向关联