• / 45
  • 下载费用:10 金币  

数字PID控制算法b

关 键 词:
数字PID控制 PID 控制算法 PID 控制 数字PID算法 数字PID控制算法 PID控制算法
资源描述:
第五章 计算机控制系统中的控制策略(1) Control Strategy of Computer System 黄松清黄松清 安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院 自动化系自动化系 20132013年年2 2月月 *1第六章 计算机控制系统中的控制策略 本章主要内容 uu数字滤波和数据处理数字滤波和数据处理 uu数字数字PIDPID控制算法控制算法 uu基于数字基于数字PIDPID控制的多回路控制系统控制的多回路控制系统 uu模型预测控制模型预测控制 uu模糊控制模糊控制 uu控制策略的工程实现控制策略的工程实现 Date2第六章 计算机控制系统中的控制策略 第一节 Unit 1 数字滤波和数据处理数字滤波和数据处理 Data Filtering and Data ProcessingData Filtering and Data Processing *3第六章 计算机控制系统中的控制策略 本节主要内容 uu采样数据的合理性判别及报警采样数据的合理性判别及报警 uu数字滤波数字滤波 uu数字处理数字处理 uu软测量简介软测量简介 Date4第六章 计算机控制系统中的控制策略 6-1 数字滤波和数据处理 uu进行数字滤波和处理的必要性进行数字滤波和处理的必要性 –实际中的计算机控制系统是采样系统,采样 中的原始信号除了开关量、频率量、脉冲量 外,大量的是模拟信号 uu主要内容主要内容 –合理性的判别与滤波 –进行线性化处理 –软测量的基本思想 Date5第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-1 采样数据的合理性判别及报警(1) uu越限的限幅与报警越限的限幅与报警 设某通道当前采样值为y(k) yL ≤y(k)≤yH 时; y(k)为当前采样有效值 y y( (k k))y yH H , , 取 取 y y( (k k)= )= y yH H (上限值),报警 y(k)Δy0, 则 y(k)=y(k-1) Date14第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-2 数字滤波 uu各种滤波方法的特点与应用各种滤波方法的特点与应用 ––平均值滤波平均值滤波适用于周期性干扰; ––加权平均递推滤波加权平均递推滤波适用于纯滞后较大的 过程; ––中值滤波和程序判断滤波中值滤波和程序判断滤波适用于偶然出 现的脉冲干扰; – – 惯性滤波惯性滤波适用于高频干扰。 Date15第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-3 数据处理 uu目的目的 –经过处理后,可直接引用采样数据。 uu常见的数据处理内容常见的数据处理内容 –线性化处理:(1)孔板差压与流量 (2)热电偶的热电势与温度 –校正运算:如温度补偿 –测量值与工程量的转换:(1)线性值公式;(2) 开方值转换公式;(3)热电偶与热电阻公式 Date16第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-4 软测量简介(1) uu问题的提出背景问题的提出背景 –实际生产过程中,一些重要质量指标变量如 精馏塔的产品组分浓度、生物发酵罐中菌体 浓度、炼铁炉中的温度等都难以直接测量, 以前的解决方法: (1)采用间接的质量指标:如温度控制 (2)采用在线分析仪表 uu采用软测量方法及其应用技术采用软测量方法及其应用技术 Date17第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-4 软测量简介(2) uu何谓软测量何谓软测量 –选择与被估计变量相关相关的一组可测变量,构 造出某种以可测变量为输入输入、被估计变量为 输出输出的数学模型数学模型,用计算机软件实现软件实现的对重 要过程变量的在线实时估计估计。该变量可能将 直接用于控制或优化。 –这类数学模型及相应数学模型及相应的计算机软件软件被称为软 测量器或“软仪表”。 Date18第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-4 软测量简介(3) uu软测量技术包括三个部分:软测量技术包括三个部分: – – 软测量建模方法软测量建模方法 – – 模型实时演算的工程化实施技术模型实时演算的工程化实施技术 – – 模型自校正(模型维护)技术模型自校正(模型维护)技术 uu软测量的一般公式软测量的一般公式 –软测量是实用性的应用技术,它以软测量模 型在线运算并给出准确的估计值为目标 Date19第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-1-4 软测量简介(4) uu软测量工程化设计步骤软测量工程化设计步骤 – – 初选辅助变量初选辅助变量 – – 现场数据采集与处理现场数据采集与处理 – – 辅助变量的精选辅助变量的精选 – – 软测量模型的结构选择软测量模型的结构选择 – – 模型参数估计模型参数估计 – – 软测量模型实施软测量模型实施 – – 在线数据预处理在线数据预处理 软测量模型精软测量模型精 度保证机制:度保证机制: 在线自校正在线自校正和和 不定期的不定期的模型模型 更新更新 Date20第六章 计算机控制系统中的控制策略 第二节 Unit 2 基于数字基于数字PIDPID的多回路控制系统的多回路控制系统 Multi-loop Control System Multi-loop Control System Based on Digital PIDBased on Digital PID *21第六章 计算机控制系统中的控制策略 uu串级控制系统串级控制系统 uu前馈控制系统前馈控制系统 uu纯滞后补偿控制系统纯滞后补偿控制系统 本节主要内容 Date22第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统(1) 串级(串级(CascadeCascade)控制系统基本概念)控制系统基本概念 uu串级控制技术是改善调节品质的有效方法之一串级控制技术是改善调节品质的有效方法之一 ,它是在单回路,它是在单回路PIDPID控制的基础上发展起来的控制的基础上发展起来的 一种控制技术,并且得到了广泛应用;一种控制技术,并且得到了广泛应用; uu在串级控制中,有在串级控制中,有主回路主回路、、副回路副回路之分。一般之分。一般 主回路只有一个,而副回路可以是一个或多个主回路只有一个,而副回路可以是一个或多个 。主回路的输出作为副回路的设定值修正的依。主回路的输出作为副回路的设定值修正的依 据,副回路的输出作为真正的控制量作用于被据,副回路的输出作为真正的控制量作用于被 控对象;控对象; uu主调节回路要保证控制精度,一般采用主调节回路要保证控制精度,一般采用PIDPID控控 制器;制器; uu副调节回路克服主要干扰,系统中起副调节回路克服主要干扰,系统中起“ “粗调粗调” ”作作 用,副调节器一般采用用,副调节器一般采用P P或或PIPI控制器;控制器; Date23第六章 计算机控制系统中的控制策略 串级控制系统基本概念(续) Date24第六章 计算机控制系统中的控制策略 串级控制系统基本概念(续) Ø如果煤气管道中的压力是恒定的,为了保持炉温恒定 ,只需测量出料实际温度,并使其与温度设定值比较 ,利用二者的偏差控制煤气管道上的阀门。当煤气总 管压力恒定时,阀位与煤气流量保持一定的比例关系 ,一定的阀位,对应一定的流量,也就是对应一定的 炉子温度,在进出料数量保持稳定时,不需要串级控 制; Ø但实际的煤气总管同时向许多炉子供应煤气,煤气压 力不可能恒定,此时煤气管道阀门位置并不能保证一 定的流量; Ø在单回路调节时,煤气压力的变化引起流量的变化, 且随之引起炉温的变化,只有在炉温发生偏离后才会 引起调整,因此,时间滞后很大。由于时间滞后,上 述系统仅靠一个主控回路不能获得满意的控制效果, 而通过主、副回路的配合将会获得较好的控制质量 Ø为了及时检测系统中可能引起被控量变化的某些因素 并加以控制,在该炉温控制系统的主回路中,增加煤 气流量控制副回路,构成串级控制结构, Date25第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统(2) uu双回路串级控制系统双回路串级控制系统 副变送器副变送器 主变送器主变送器 主参数主参数 给定值给定值r r 通用的计算机串级控制系统示意框图通用的计算机串级控制系统示意框图 u u2 2 主调主调 节器节器 副调副调 节器节器 e e1 1 e e2 2 u u1 1 副对象副对象主对象主对象 二次扰动二次扰动一次扰动一次扰动 副参数副参数 主参数主参数y y 1 1 y y2 2 执行执行 机构机构 D/AD/A A/DA/D A/DA/D Date26第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统 例 uu双回路串级控制系统的传递函数双回路串级控制系统的传递函数 uPID控制系统的仿真图 Date27第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统(2) Cascade PVCascade SP Slave SP Slave PV NEW COLUMN FOR CASCADE PID DROPS AUTOMATICALLY OPTIMZE TUNING FOR SLAVE AND CASCADE TRANSFER FUNCTIONS FOR SLAVE AND CASCADE EFFECT OF CASCADE SETPOINT CHANGE AND STEP DISTURBANCE SIMULATION (EXACTLY LIKE IN REALPLANT) SLAVE AND CASCADE ABSOLUTE ERRORS PV—process variable Date28第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统(3) uu串级控制系统在每个采样周期的计算顺序串级控制系统在每个采样周期的计算顺序 –采样并获得当前输出采样值; –计算主回路的偏差e1(k); –计算主回路PID控制器的输出u1(k); –计算副回路的偏差e2(k); –计算副回路PID控制器的输出u2(k); –输出到被控对象。 Date29第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统(4) uu串级控制系统的控制方式串级控制系统的控制方式 –异步采样控制 »即主回路的采样控制周期T1是副回路采样 控制周期T2的整数倍。 –同步采样控制 »即主、副回路的采样控制周期相同,但因 副对象响应速度较快,故应以副回路为准 。 Date30第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-1 串级控制系统(5) uu串级控制系统的应用目的串级控制系统的应用目的 –用于抑制系统的主要干扰 –用于克服对象的纯滞后 –用于减少对象的非线性影响 Date31第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 前馈控制系统(1) 前馈控制系统的基本思想前馈控制系统的基本思想:不变性原理:不变性原理(invariance theory) 自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影响 的理论。实际的控制系统都会受到外部扰动的影响。 如果这种扰动能够被测量出来,就有可能利用它来产 生控制作用,以消除其对输出的影响。这种设计原理 就是不变性原理。当系统的被控制变量完全不受扰动 作用的影响时,即称系统对扰动实现了完全不变性。 当只是被控制变量的稳态不受扰动影响时(动态可能 仍受影响),则称实现了稳态不变性。不变性原理确 立了系统实现不变性所应满足的条件,为设计和构成 高精度、高性能的自动控制系统提供了理论上的依据 。 Date32第六章 计算机控制系统中的控制策略 不变性原理(续) 不变性原理由苏联学者Г.В.谢巴诺夫在1939年首先提出。 40~50年代苏联学者Н.Н.卢津、Б.Н.彼德罗夫等对此进行 了系统的研究,使之发展成为一整套完整的理论。 在西方,C.D.约翰逊继苏联学者之后也独立地提出,在作 用有外扰动的控制系统中,应当把控制分成两部分, 一部分用来抵消扰动的作用,另一部分用来实现跟踪 控制(使系统的状态按给定的规律变化),并建立了 这种抵消扰动的理论。 Date33第六章 计算机控制系统中的控制策略 uu串级控制的主要特点串级控制的主要特点 – – 是一个开环系统是一个开环系统 – – 应用前提是应用前提是扰动可测扰动可测 – – 只能针对只能针对某一特定某一特定的干扰实施控制的干扰实施控制 uu较少单独使用,一般结合反馈控制,构较少单独使用,一般结合反馈控制,构 成成前馈前馈- -反馈反馈((FeedforwordFeedforword-Feedback)-Feedback)控控 制制 Date34第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 前馈控制系统(2) uu典型的前馈典型的前馈- -反馈控制系统反馈控制系统 Gf (s) Gd (s) D/AG (s) PID A/D r e uc y 扰动d uf ub Date35第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 前馈控制系统(3) uu前馈前馈- -反馈控制算法的流程反馈控制算法的流程 –计算反馈控制的偏差e(k); –计算反馈控制器(PID)的输出ub (k); –计算前馈控制器Gf (s)的输出uf (k); –计算前馈-反馈调节器的输出uc (k)。 uu前馈前馈- -反馈控制系统往往可以取得反馈控制系统往往可以取得较好较好的控的控 制效果,实际中也常采用前馈制效果,实际中也常采用前馈- -串级控制。串级控制。 Date36第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(1) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)纯滞后补偿器基本思想纯滞后补偿器基本思想 –建立过程的动态特性的模型; –将模型加入到反馈控制系统中,有延迟 的一部分用于抵消被延迟了τ的被控量 ; –无延迟部分反映到调节器,让调节器提 前动作,从而可明显地减少超调量和加 快调节过程。 uu预估预估是纯滞后控制中的基本方法是纯滞后控制中的基本方法 Date37第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(2) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)纯滞后补偿器基本思想纯滞后补偿器基本思想 Date38第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(1) Date39第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(3) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)纯滞后补偿器纯滞后补偿器 –图中虚框即为史密斯预估器,其等效传 递函数Gs (s)为 Gs (s)=Gp(s)(1- ) u闭环传递函数为 Date40第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(4) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)纯滞后补偿控制系统实施纯滞后补偿控制系统实施 uu纯滞后的表示纯滞后的表示 – – 设设采样周期为T,则由于纯滞后τ的存在,信 号要延迟 N 个周期 –内存中设 N 个单元存放信号m(k)的历史数据 –第N 号单元里的内容即为m(k)滞后N 个采样 周期后的信号q(q=m(k-N))。 Date41第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(5) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)纯滞后补偿控制系统实施纯滞后补偿控制系统实施 uu史密斯预估控制系统的计算顺序史密斯预估控制系统的计算顺序 –计算反馈回路的偏差e(k) –控制器的输出u(k) –史密斯预估器的输出 Date42第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(6) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)纯滞后补偿控制系统实施纯滞后补偿控制系统实施 u前面式中的m(k)根据被控对象的数学模型 Gp (s)的差分形式和控制器的输出u(k)计算 得到。 u有的教材(王慧)中给出了对象为一阶加 纯滞后的史密斯史密斯(Smith)(Smith)预估器预估器控制算式。 Date43第六章 计算机控制系统中的控制策略 5-3-2 纯滞后补偿控制系统(7) uu史密斯史密斯(Smith)(Smith)预估器的不足预估器的不足 –对系统受到的负荷干扰无补偿作用; –控制效果严重依赖于对象的动态模型精 度,特别是纯滞后时间。 uu改进算法改进算法 – – 加入自适应功能等加入自适应功能等 uu多回路控制也可与多回路控制也可与PIDPID改进算法结合应用改进算法结合应用 Date44第六章 计算机控制系统中的控制策略 结束 The EndThe End *45第六章 计算机控制系统中的控制策略
展开阅读全文
  麦档网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:数字PID控制算法b
链接地址:https://www.maidoc.com/p-15683661.html

当前资源信息

农民佰佰

编号: 20180817193517214276

类型: 共享资源

格式: PPT

大小: 270.50KB

上传时间: 2019-11-08

关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

[email protected] 2018-2020 maidoc.com版权所有  文库上传用户QQ群:3303921 

麦档网为“文档C2C模式”,即用户上传的文档所得金币直接给(下载)用户,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的金币归上传人(含作者)所有。
备案号:蜀ICP备17040478号-3  
川公网安备:51019002001290号 

本站提供办公文档学习资料考试资料文档下载


收起
展开