第5章數(shù)據(jù)理與控制策略

1、2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1第5章 數(shù)據(jù)處理與控制策略2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)2數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)字pid控制算法控制算法常規(guī)控制方案常規(guī)控制方案先進(jìn)控制方案先進(jìn)控制方案本章主要內(nèi)容2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)35.1 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)4是指在給定系統(tǒng)性能指標(biāo)的條件下，設(shè)計(jì)出控制器的控制規(guī)律和相應(yīng)的數(shù)字控制算法 大多數(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由處理數(shù)字信號(hào)的過(guò)程控制計(jì)算機(jī)和連續(xù)的被控過(guò)程組成的數(shù)字信

2、號(hào)與連續(xù)信號(hào)并存的“混合系統(tǒng)” 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)55.1.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)是忽略控制回路中所有的零階保持器和采樣器，在s域中按連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)某種近似將連續(xù)控制器離散化為數(shù)字控制器，并由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 g(s)是被控對(duì)象的傳遞函數(shù)，h(s)是零階保持器，d(z)是數(shù)字控制器。設(shè)計(jì)問(wèn)題是：根據(jù)已知的系統(tǒng)性能指標(biāo)和g(s)來(lái)設(shè)計(jì)出數(shù)字控制器d(z)。y(t)u(t)e(k)+-g(s)e(t)d(z)h(s)tu(k)tr(t)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)65.1.1 數(shù)字控

3、制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 設(shè)計(jì)假想的連續(xù)控制器選擇采樣周期 t將d(s)離散化為d(z)設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制算法校驗(yàn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)75.1.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 采用連續(xù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法(如頻率特性法、根軌跡法等)設(shè)計(jì)出假想的連續(xù)控制器d(s) 。d(s)g(s)y(t)e(t)r(t) +-u(t)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)85.1.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)采樣定理：采樣周期t/max 由于被控對(duì)象的物理過(guò)程及參數(shù)的變化比較復(fù)雜，致使模擬信號(hào)的最高角頻率max很難確定。采樣定理僅從理論上給出了采樣周期的上限，實(shí)際采樣周期的選擇要受到多方面因素的制約,如

4、： 系統(tǒng)控制品質(zhì)的要求、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性、控制系統(tǒng)抗干擾和快速響應(yīng)的要求 、計(jì)算工作量 、計(jì)算機(jī)的成本 、控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù)tp和純滯后時(shí)間 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)95.1.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)常用連續(xù)系統(tǒng)離散化的方法： 雙線性變換法 后向差分法 前向差分法 沖擊響應(yīng)不變法 零極點(diǎn)匹配法 零階保持法 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10112tzzs112)()(tzzssdzd為了由d(s)求解d(z)，由上式得且有(5.3)式(5.3)就是利用雙線性變換法由d(s)求取d(z)的計(jì)算公式。,利用級(jí)數(shù)展開可得112tzzs2121212122ststststeeezst

5、stst雙線性變換或塔斯廷(tustin)近似 雙線性變換法雙線性變換法: :stez 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)11前向差分法前向差分法: :stez ststezst11tzs1tzssdzd1)()(利用級(jí)數(shù)展開可將 ，寫成以下形式上式稱為前向差分法或歐拉法的計(jì)算公式。為了由d(s)求取d(z)，由上式可得上式便是前向差分法由d(s)求取d(z)的計(jì)算公式且有2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)12后向差分法后向差分法: :stez 利用級(jí)數(shù)展開可將 ，寫成以下形式為了由d(s)求取d(z)，由上式可得上式便是后向差分法由d(s)求取d(z)的計(jì)算公式且有steezstst111t

6、zzs1tzzssdzd1)()(2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)135.1.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)nnmmzazazbzbbzezuzd111101)()()()()()()()(1102211zezbzbbzuzazazazummnn)() 1()()()2() 1()(1021mkebkebkebnkuakuakuakumn設(shè)數(shù)字控制器d(z)的一般形式為上式可改寫為上式用時(shí)域表示為利用上式即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)編程，因此上式稱為數(shù)字控制器d(z)的控制算法。 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)145.1.1 數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)控制器d(z)設(shè)計(jì)完成并求出控制算法后，需要檢驗(yàn)其

7、閉環(huán)特性是否符合設(shè)計(jì)要求，可采用數(shù)字仿真來(lái)驗(yàn)證，若滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)結(jié)束，否則應(yīng)修改設(shè)計(jì)。 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)155.1.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)數(shù)字控制器的連續(xù)化設(shè)計(jì)，立足于連續(xù)控制系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)，然后在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該方法在被控對(duì)象的特性不太清楚時(shí)，可充分利用成熟的連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，并把它移植到計(jì)算機(jī)上予以實(shí)現(xiàn)由于控制任務(wù)需要，當(dāng)所選擇的采樣周期比較大或?qū)刂瀑|(zhì)量要求比較高時(shí)，必須從被控對(duì)象的特性出發(fā)，直接根據(jù)計(jì)算機(jī)控制理論(采樣控制理論)來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，這類方法稱為離散化設(shè)計(jì)方法離散化設(shè)計(jì)方法 離散化設(shè)計(jì)技術(shù)離散化設(shè)計(jì)技術(shù)比連

8、續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)連續(xù)化設(shè)計(jì)技術(shù)更具有一般意義，它完全是根據(jù)采樣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析和綜合，并導(dǎo)出相應(yīng)的控制規(guī)律和算法2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)165.1.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)下圖中，gc(s)是被控對(duì)象的連續(xù)傳遞函數(shù)，d(z)是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)，h(s)是零階保持器的傳遞函數(shù)，t是采樣周期)。-r(t)y(t)u(t)u(k)e(t) e(k)+d(z)h(s)ttgc(s)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)175.1.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) ) s (gse1z) s (g) s (hz) z (a) z (b) z (gctsc)z(g)z(d1)z(g)z

9、(d)z()z(1)z()z(g1)z(d定義廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為可得上頁(yè)圖對(duì)應(yīng)的閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為由上式求得 (5.12) (5.13) (5.14) 若已知gc(s)且可根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求構(gòu)造(z)，則可由式(5.12)和式(5.14)求得d(z) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)185.1.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù) 根據(jù)控制系統(tǒng)性能指標(biāo)要求和其他約束條件，確定所需閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)(z)；根據(jù)式(5.12)求廣義對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)g(z)；根據(jù)式(5.14)求數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)d(z)；根據(jù)d(z)求取控制算法的遞推計(jì)算公式2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)195.

10、1.2 數(shù)字控制器的離散化設(shè)計(jì)技術(shù)n0iiim0iiiza1zb) z (e) z (u) z (d) z (uza) z (ezb) z (un0iiim0iiin0iim0iii)-u(kai)-e(kb)k(u由g(z)求取控制算法可按以下方法實(shí)現(xiàn)：設(shè)數(shù)字控制器g(z)的一般形式為數(shù)字控制器的輸出u(z)為因此，數(shù)字控制器d(z)的計(jì)算機(jī)控制算法為按照式上式就可編寫出控制算法程序。 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)205.1 數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)技術(shù) 不管是按連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)連續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是按離離散系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)散系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì), 都可采用基于經(jīng)典控制理論的

11、常規(guī)控制策略或基于現(xiàn)代控制理論的先進(jìn)控制策略，采用哪種控制策略往往與被控對(duì)象的過(guò)程特點(diǎn)過(guò)程特點(diǎn)、得到的數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型以及對(duì)系統(tǒng)的控制精度控制精度要求有關(guān)，與采用哪種方法無(wú)直接關(guān)系。 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)215.2 數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)處理數(shù)字濾波數(shù)字處理2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)22存在外部干擾采樣系統(tǒng)多次轉(zhuǎn)換信號(hào)會(huì)摻雜噪聲直接測(cè)得數(shù)據(jù)可能不可用在計(jì)算機(jī)中利用某種計(jì)算方法對(duì)原始輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，去掉原始數(shù)據(jù)中摻雜的噪聲數(shù)據(jù)，提高信號(hào)的真實(shí)性，獲得最具有代表性的數(shù)據(jù)集合。通過(guò)數(shù)字濾波得到比較真實(shí)的被測(cè)參數(shù)，有時(shí)不能直接使用，還需要做某些處理，如線性化、校正運(yùn)算、標(biāo)度變換等。

12、2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)235.2.1 數(shù)字濾波在軟件中對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行消除干擾的處理 目的是進(jìn)一步消除附加在數(shù)據(jù)中的干擾，使采集數(shù)據(jù)能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提高信號(hào)可靠性不需增加硬件設(shè)備，只需在計(jì)算機(jī)得到采樣數(shù)據(jù)后，執(zhí)行預(yù)定濾波算法程序即可達(dá)到濾波目的穩(wěn)定性好，一種濾波程序可以反復(fù)調(diào)用，使用方便靈活 平均值濾波法、中值濾波法 慣性濾波法、程序判斷濾波備2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)245.2.1 數(shù)字濾波-平均值濾波法對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)采樣多次，計(jì)算算術(shù)平均值，以平均值作為該點(diǎn)采樣結(jié)果?？蓽p少系統(tǒng)隨機(jī)干擾對(duì)采集結(jié)果的影響 m值決定信號(hào)平滑度和靈敏度.適用于對(duì)流量、壓力及沸騰狀液面

13、等周期性采樣信號(hào)作平滑處理。miikymky1)(1)(2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)255.2.1 數(shù)字濾波-平均值濾波法可以在一個(gè)采樣瞬間對(duì)一個(gè)測(cè)點(diǎn)多次采樣后, 計(jì)算出其平均值也可對(duì)多個(gè)采樣周期的平均采樣值作遞推濾波為加快運(yùn)算速度,可利用上一次計(jì)算值,通過(guò)遞推平均濾波算式得到當(dāng)前采樣時(shí)刻的遞推平均值。mmkymkyyy) 1() 1() 1-k()k(2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)265.2.1 數(shù)字濾波-平均值濾波法 算術(shù)平均值濾波對(duì)每個(gè)采樣值給出相同的權(quán)重系數(shù)1/m 若要增加新采樣值在平均值中比重, 提高系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前所受干擾的靈敏度, 可采用加權(quán)平均濾波, 算式為 ai 為加權(quán)系

14、數(shù)，體現(xiàn)各次采樣值在平均值中所占比例。這種濾波方法可根據(jù)需要突出信號(hào)某一部分，抑制信號(hào)另一部分。適用于純滯后較大、采樣周期短的過(guò)程。 10)()(miiikyaky1,1010miiiaa2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)275.2.1 數(shù)字濾波-中值濾波法對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣n次,把n次的采樣值從小到大或從大到小排隊(duì),再取中間值作為本次采樣值。對(duì)于去掉由于偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效.若變量變化比較慢，則采用中值濾波效果比較好，n值要選擇適當(dāng)，若選擇過(guò)小，可能起不到去除干擾的作用，n過(guò)大，會(huì)造成采樣數(shù)據(jù)的時(shí)延過(guò)大，造成系統(tǒng)性能變差。一般取n為3-5次。 2

15、021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)285.2.1 數(shù)字濾波-中值濾波法對(duì)具有周期性干擾噪聲的信號(hào)比較有效,對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖干擾信號(hào)有良好的濾波效果,結(jié)合使用濾波效果會(huì)更好. 方法是連續(xù)采樣m次，并按大小排序，從首尾各舍掉1/3個(gè)大數(shù)和小數(shù)，再將剩余的1/3個(gè)大小居中的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均，作為本次采樣的有效數(shù)據(jù)；亦可去掉采樣值中的最大值和最小值，將余下的（m-2）個(gè)采樣值算術(shù)平均。2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)295.2.1 數(shù)字濾波-慣性濾波法用軟件實(shí)現(xiàn)rc低通濾波器功能, 動(dòng)態(tài)方程為 其中 tf =rc，稱為濾波時(shí)間常數(shù)離散化后動(dòng)態(tài)方程， t為采樣周期, 得 0a1, 稱為濾波系數(shù)。xydt

16、dytf)()1 () 1()(kxakayky)/(tttaff2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)305.2.1 數(shù)字濾波-程序判斷濾波法根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定兩次采樣輸入信號(hào)可能出現(xiàn)的最大偏差y 當(dāng)采樣信號(hào)由于隨機(jī)干擾，使得采樣數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值較遠(yuǎn)，可以采用程序判斷濾波。限幅濾波限速濾波2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)315.2.1 數(shù)字濾波-程序判斷濾波法把兩次相鄰的采樣值相減，求出其增量（以絕對(duì)值表示），然后與兩次采樣允許的最大偏差y比較，若小于或等于y取本次采樣值，若大于y仍取上次采樣值。 即 |y(k)-y(k-1)|y0, 則 y(k)=y(k) y0, 則 y(k)=y(k-1)2

17、021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)325.2.1 數(shù)字濾波-程序判斷濾波法限幅濾波用兩次采樣值來(lái)決定采樣結(jié)果，而限速濾波可用三次采樣值來(lái)決定采樣結(jié)果。 當(dāng)|y(k)-y(k-1)|y時(shí)，再采樣一次，取得y(k+1)根據(jù)|y(k+1)-y(k)|與y的關(guān)系決定本次采樣值 2) 1k ( y) k ( y) 1k ( yy) 1k ( y) 1k ( yy) k ( y1)y(k) 1k ( yy) k ( y) k ( yy) 1k ( yy(k)0000則，則，取樣，則，2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)335.2.1 數(shù)字濾波適用于周期性干擾；適用于純滯后較大的過(guò)程； 和適用于偶然出現(xiàn)的脈沖干

18、擾；適用于高頻干擾。2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)34經(jīng)過(guò)處理后，可直接引用采樣數(shù)據(jù)。 線性化處理： 校正運(yùn)算 標(biāo)度變換 越限報(bào)警處理 死區(qū)處理5.2.2 數(shù)據(jù)處理2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)355.2.2 數(shù)據(jù)處理-線性化處理計(jì)算機(jī)從模擬量輸入通道得到的檢測(cè)信號(hào)與該信號(hào)所代表的物理量之間不一定成線性關(guān)系。線性化處理后，方便運(yùn)算并且便于數(shù)字顯示。 孔板差壓與流量 熱電偶的熱電勢(shì)與溫度pkf1)-y(kx1)-y(k21)(yk01223344taeaeaeaea01234)taeaeaeaea2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)365.2.2 數(shù)據(jù)處理-線性化處理 實(shí)質(zhì)是找出一種簡(jiǎn)單、

19、便于計(jì)算處理的近似表達(dá)式代替非線性參數(shù)。 常用的插值公式有多項(xiàng)式插值公式、拉格朗日插值公式、線性插值公式等 。 上述兩法都可能會(huì)帶來(lái)大量運(yùn)算，為簡(jiǎn)單起見，可分段進(jìn)行線性化，即用多段折線代替曲線。 過(guò)程：先判斷測(cè)量數(shù)據(jù)處于哪一折線段內(nèi)，然后按相應(yīng)段的線性化公式計(jì)算出線性值。折線段分法不是惟一的，可視具體要求定。一般折線段數(shù)越多，線性化精度越高。2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)37 pt100 pt100 pt100-50 80.31 10 103.90 80 130.90-40 84.27 20 107.80 90 134.70-30 88.22 30 111.67 100 138.50-20

20、 92.16 40 115.54 150 157.31-20 92.16 50 119.40 200 175.84-10 96.09 60 123.24 0 100.00 70 127.07熱電阻分度表5.2.2 數(shù)據(jù)處理-線性化處理2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)385.2.2 數(shù)據(jù)處理-校正運(yùn)算 有時(shí)來(lái)自被控對(duì)象的某些檢測(cè)信號(hào)與真實(shí)值有偏差，這時(shí)需要對(duì)這些檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償，力求補(bǔ)償后的檢測(cè)值能反映真實(shí)情況。 用孔板測(cè)氣體體積流量的溫度、壓力補(bǔ)償01100ptptff2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)395.2.2 數(shù)據(jù)處理-標(biāo)度變換生產(chǎn)中各個(gè)參數(shù)有不同的數(shù)值和量綱,如pa、等 參數(shù)經(jīng)變送

21、器轉(zhuǎn)換成a/d能接收的0 5v電壓信號(hào)，又由a/d轉(zhuǎn)換成00ffh的數(shù)字量，不帶量綱，僅代表參數(shù)值相對(duì)大小。為方便操作及運(yùn)算、顯示和打印的要求，須把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成帶有量綱的數(shù)值 線性參數(shù)標(biāo)度變換 非線性參數(shù)標(biāo)度變換2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)405.2.2 數(shù)據(jù)處理-標(biāo)度變換 一次儀表測(cè)量值與a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果具有線性關(guān)系 一次儀表測(cè)量值與a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果是非線性關(guān)系 根據(jù)差壓變送器信號(hào)p與流量f的關(guān)系，可得測(cè)量流量時(shí)的標(biāo)度變換式 即0m0 x0m0 xnnnn)aa(aa0000()xxmmnnggggnn0m0 xxmxxnknknknkgggg2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)415.2.

22、2 數(shù)據(jù)處理-越限報(bào)警處理 把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上、下限給定值進(jìn)行比較。若高于(或低于)上限(或下限)，則進(jìn)行報(bào)警，以便進(jìn)行顯示和控制。 聲光報(bào)警、報(bào)警記錄 全軟件報(bào)警程序 直接報(bào)警程序 （硬件申請(qǐng)中斷）2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)425.2.2 數(shù)據(jù)處理-越限報(bào)警處理 如圖所示鍋爐水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖中鍋爐正常工作的主要指標(biāo)是汽包水位：液面太高會(huì)影響汽包的蒸汽產(chǎn)量；水位過(guò)低則有爆炸的危險(xiǎn)。 hhj 變送器cba 預(yù)熱管水傳感器傳感器蒸汽蒸汽流量bac液面高度汽包水流量變速器變送器2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)435.2.2 數(shù)據(jù)處理-

23、越限報(bào)警處理為及時(shí)監(jiān)視鍋爐情況，系統(tǒng)有三個(gè)參數(shù)報(bào)警系統(tǒng)，即水位上下限，爐膛溫度上下限，蒸汽壓力下限報(bào)警，如下圖所示。當(dāng)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)全部正常時(shí)，綠燈亮；若有不正常參數(shù)，則發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。 正常運(yùn)轉(zhuǎn) 蒸汽壓力下限報(bào)警 爐膛溫度下限報(bào)警 爐膛溫度下限報(bào)警 水位下限報(bào)警 水位上限報(bào)警 1 ledgn1 led rd1 led rd1 led rd7pba82551 led rd1 ledrd6pb5pb3pb2pb1pb0pb4pb1 電笛0674ls3x2x1x2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)445.2.2 數(shù)據(jù)處理-死區(qū)處理 從工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采集到的信號(hào)往往會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，或者有頻率較高、能量不

24、大的干擾疊加在信號(hào)上，此時(shí)采集到的數(shù)據(jù)有效值的最后一位不停的波動(dòng)，難以穩(wěn)定。 這種情況可以采取死區(qū)處理，把不停波動(dòng)的值進(jìn)行死區(qū)處理，只有當(dāng)變化超出某值時(shí)才認(rèn)為該值發(fā)生了變化。比如編程時(shí)可以先對(duì)數(shù)據(jù)除以10，然后取整，去掉波動(dòng)項(xiàng)。2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)455.3 數(shù)控技術(shù)基礎(chǔ)概述數(shù)控原理數(shù)控系統(tǒng)分類運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)465.3.1 概述用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工 過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法：采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng) ：采用了數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)備 ：以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng) 飼服系統(tǒng)機(jī)電接口輸入通道被控對(duì)象cnc2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)475.3.2 數(shù)

25、控原理xbadcy 將如圖所示曲線分割成若干段，可以是直線段，也可以是曲線段，圖中分割成了三段，即 、 和cd 把a(bǔ)、b、c、d四點(diǎn)坐標(biāo)記下來(lái)并送給計(jì)算機(jī)。圖形分割原則應(yīng)保證線段所連的曲線與原圖形誤差在允許范圍內(nèi)。 由圖可見，顯然采用 、 和 cd 比 、 和 要精確得多。 abbcabbcabcdbc2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)485.3.2 數(shù)控原理 當(dāng)給定當(dāng)給定a、b、c、d各點(diǎn)坐標(biāo)各點(diǎn)坐標(biāo)x和和y值之后，求得值之后，求得各坐標(biāo)值間的中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱各坐標(biāo)值間的中間值的數(shù)值計(jì)算方法稱插值插值或或插補(bǔ)插補(bǔ) 直線插補(bǔ)直線插補(bǔ)： 在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近在給定的兩個(gè)

26、基點(diǎn)之間用一條近似直線來(lái)逼近 二次曲線插補(bǔ)二次曲線插補(bǔ)： 在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近在給定的兩個(gè)基點(diǎn)之間用一條近似曲線來(lái)逼近 xbadcy2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)495.3.2 數(shù)控原理 把插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中定出的各中間點(diǎn)，以脈沖信把插補(bǔ)運(yùn)算過(guò)程中定出的各中間點(diǎn)，以脈沖信號(hào)形式去控制號(hào)形式去控制x、y方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪方向上的步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)繪圖筆、刀具等，繪出圖形或加工所要求輪廓圖筆、刀具等，繪出圖形或加工所要求輪廓 每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即繪圖每一個(gè)脈沖信號(hào)代表步進(jìn)電機(jī)走一步，即繪圖筆或刀具在筆或刀具在x或或y方向移動(dòng)一個(gè)位置方向移動(dòng)一個(gè)位置 對(duì)應(yīng)于每個(gè)

27、脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置稱為脈沖當(dāng)量，對(duì)應(yīng)于每個(gè)脈沖移動(dòng)的相對(duì)位置稱為脈沖當(dāng)量，又稱為步長(zhǎng)，常用又稱為步長(zhǎng)，常用x和和y表示，且一般取表示，且一般取x=y。 xbadcy2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)502021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)515.3.3 數(shù)控系統(tǒng)分類-按控制方式分類 點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng)點(diǎn)位控制數(shù)控系統(tǒng) 點(diǎn)位控制最簡(jiǎn)單，其運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)有特殊要求，運(yùn)動(dòng)時(shí)又不加工，它的控制電路只要具有記憶和比較功能即可，不需要插補(bǔ)運(yùn)算。 直線控制數(shù)控系統(tǒng)直線控制數(shù)控系統(tǒng) 和點(diǎn)位控制相比，直線控制要進(jìn)行直線加工，控制電路要復(fù)雜一些。 輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)輪廓控制數(shù)控系統(tǒng) 要控制刀具準(zhǔn)確完成復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)，故控制

28、電路 復(fù)雜，且需要進(jìn)行一系列的插補(bǔ)計(jì)算和判斷。 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)525.3.3 數(shù)控系統(tǒng)分類-按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類早期數(shù)控機(jī)床采用的數(shù)控系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用步進(jìn)電機(jī)或脈沖馬達(dá)。數(shù)控系統(tǒng)將零件程序處理后，輸出指令脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，控制機(jī)床工作臺(tái)移動(dòng) 這種驅(qū)動(dòng)方式不設(shè)置檢測(cè)元件，指令脈沖送出后，沒(méi)有反饋信息，容易掌握，調(diào)試維修方便，但控制精度和速度受到限制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)535.3.3 數(shù)控系統(tǒng)分類-按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類 接受數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)指令同時(shí)，還接受工作臺(tái)上檢測(cè)元件測(cè)出的實(shí)際位置反饋信息，比較后根據(jù)差值進(jìn)行修正，消除因傳動(dòng)系統(tǒng)誤差

29、引起的誤差可獲得高的加工精度，由于包含很多機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，會(huì)影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。因此全閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大困難，處理不好常會(huì)造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。主要用于高精度機(jī)床。 位置反饋速度反饋速度控制電路步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)位置比較電路2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)545.3.3 數(shù)控系統(tǒng)分類-按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分類將測(cè)量元件從工作臺(tái)移到執(zhí)行機(jī)構(gòu)端，由于工作臺(tái)不在控制環(huán)里，測(cè)量元件安裝在執(zhí)行機(jī)構(gòu)端，環(huán)路短，剛性好，容易獲得穩(wěn)定的控制特性，廣泛應(yīng)用于各類連續(xù)控制的數(shù)控機(jī)床上。 指令位置反饋速度反饋速度控制電路步進(jìn)電機(jī)工作臺(tái)位置比較電路2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)555.4 數(shù)字pid控制算法標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pi

30、d控制算法數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)數(shù)字pid參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)565-4-1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pid控制算法 pid是proportional（比例）、integral（積分）、differential（微分）三者的縮寫。在過(guò)程控制中，按誤差信號(hào)的比例、積分和微分進(jìn)行控制的調(diào)節(jié)器，簡(jiǎn)稱pid調(diào)節(jié)器，是技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)575-4-1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pid控制算法 標(biāo)準(zhǔn)的模擬pid 式中：kc、ti、td 分別為模擬調(diào)節(jié)器的比例增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間, u0為偏差 e=0 時(shí)的調(diào)節(jié)器輸出, 又稱之為。00)()(1)()(udttde

31、tdttettektudtic2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)58 采樣周期與控制周期的概念 模擬pid調(diào)節(jié)規(guī)律的離散化 在控制器的采樣時(shí)刻 t=kt時(shí)因此，如下式kjjteedt0)(tkekedtde) 1()(00) 1()()()()(ukekettjettkekkudkjic5-4-1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pid控制算法2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)59 00) 1()()()()(ukekekjekkekkudkjicicittkkttkkdcd5-4-1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pid控制算法2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)60 由積分項(xiàng) 的存在所產(chǎn)生由 可得kiie1)() 1()()(kukuk

32、u) 2() 1(2)()() 1()(kekekettkettkekekdic5-4-1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pid控制算法2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)61算法的是編程簡(jiǎn)單, 數(shù)據(jù)可以遞推使用, 占用內(nèi)存少, 運(yùn)算快。算法得到 k 采樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)的為)2() 1(2)()()1()()(kekekekkekkekekkudic)() 1()(kukuku5-4-1 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字pid控制算法2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)625-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn) 微分的作用 理想微分的pid算法 模擬調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)的微分作用 理想微分作用的實(shí)際缺陷2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)63 在單位階躍輸入時(shí)

33、, 它們輸出的控制作用 (a) 積積分分項(xiàng)項(xiàng) 比比 例例 項(xiàng)項(xiàng) u 0 1 2 3 4 5 6 7 8 kt 微微 分分 項(xiàng)項(xiàng) 比比 例例 項(xiàng)項(xiàng) u 0 1 2 3 4 5 6 7 8 kt項(xiàng)項(xiàng) (b) 微微積積分分分分項(xiàng)項(xiàng)5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)64 其區(qū)別在于實(shí)際微分多了個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)，即如圖所示 圖中 因?yàn)閡(t)為理想pid的輸出，gf(s)是一階慣性環(huán)節(jié)理想理想pidu(s)e(s)gf(s)u(s) 實(shí)際微分實(shí)際微分pid控制算法示意框圖控制算法示意框圖11)(stsgff5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控

34、制技術(shù)65)/(ffttta )()()()()(1)()( 0tutudttdutdttdetdttettektufdtic)()1 () 1()(kuakauku)1()()()()( 0kekettiettkekkudkiic5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)66 實(shí)際微分增量型控制算式 gf(s)為一階超前/一階滯后環(huán)節(jié),或?qū)⒆饔酶臑槲⒎?一階慣性環(huán)節(jié))( )1 () 1()(kuakuaku) 1()()()()( kekettkettkekkudic5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)67：避免因給控制系統(tǒng)帶來(lái)超

35、調(diào)量過(guò)大、調(diào)節(jié)閥動(dòng)作劇烈的沖擊。：只對(duì)(被控量)進(jìn)行微分, 而不對(duì)偏差微分, 也即對(duì)給定值無(wú)微分作用。： 正作用 反作用)( )()(krkyke)( )()(kykrke5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)68算式中的微分作用的微分作用算式則為正作用：反作用：)2() 1(2)()(kekekekkudd)2() 1(2)()(kykykykkudd)2() 1(2)()(kykykykkudd5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)69 u(s) y(s) r(s)微分先行的微分先行的pid控制方框圖控制方框圖11sktstd

36、dd)11 (stkic5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)70 積分作用會(huì)產(chǎn)生較大超調(diào)和振蕩 當(dāng) e(k)a 時(shí), 用p或pd 控制； e(k)a 時(shí), 用pi或pid控制。注：1）a值需要適當(dāng)選?。?2）kc應(yīng)根據(jù)積分作用是否起作用而變化5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)71 y曲線曲線2：標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)pid曲線曲線3：a過(guò)小過(guò)小曲線曲線1 0 t r apdpidpd5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)72 執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)械性能與物理性能的約束 積分飽和 該算法是抑制積分飽和的方法之一：一旦

37、計(jì)算出的控制量u(k)進(jìn)入飽和區(qū), 一方面對(duì)控制量輸出值限幅；另一方面增加判別程序, 算法中只執(zhí)行削弱積分飽和項(xiàng)的積分運(yùn)算, 而停止增大積分飽和項(xiàng)的運(yùn)算。5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)73 積分項(xiàng)的作用：比較重要提高其積分項(xiàng)的運(yùn)算精度的辦法原來(lái)的方法：改進(jìn)方法tjejedttekjt002) 1()()(kjjteedt0)(5-4-2 數(shù)字pid控制算法的改進(jìn)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)74 先按模擬pid控制參數(shù)整定方法來(lái)選擇，然后在適當(dāng)調(diào)整，并考慮采樣周期對(duì)整定參數(shù)影響5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)75

38、5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定 選用純比例控制，給定值r作階躍擾動(dòng)，從較大比例帶開始，逐漸減小，直到被控變量出現(xiàn)臨界振蕩為止，記下臨界周期tu和臨界比例帶u，按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算kc、ti和td。 控制規(guī)律控制規(guī)律titdppipid2u2.2u1.6u-0.85tu0.50tu-0.13tu2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)76 在系統(tǒng)處于開環(huán)情況下，首先做被控對(duì)象的階躍曲線，從該曲線上求得對(duì)象的純滯后時(shí)間、時(shí)間常數(shù)t和放大系數(shù)k。然后在按表4.2經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算kc、ti和td。 5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)77控制控制規(guī)律規(guī)律/t0.20.20.

39、20.2/t1.51.5titdtitdpk/t-pi1.1k/t3.33.3-0.8tc0.8tc-pid0.85k/t220.50.50.81tc+0.10.81tc+0.1990.25ti0.25ti7 . 008. 06 . 2ccttk6 . 008. 06 . 2ccttk88. 015. 06 . 2ccttk5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)785-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)79增大比例系數(shù)kc一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差 減小積分時(shí)間ti，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，使余差（靜差）消除加快。增大

40、微分時(shí)間td，將使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，但對(duì)擾動(dòng)有敏感的響應(yīng)，可使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)80（1）首先整定比例部分。將比例系數(shù)由小變大，觀察相應(yīng)響應(yīng)，直到得到反應(yīng)較快，超調(diào)較小的響應(yīng)曲線。若系統(tǒng)靜差較小，滿足要求可采用純比例控制。（2）如果純比例控制有較大余差，則需要加入積分作用。積分時(shí)間從大變小，同時(shí)調(diào)整比例增益，使系統(tǒng)保持良好的動(dòng)態(tài)性能，反復(fù)調(diào)整比例增益和積分時(shí)間，以得到滿意的動(dòng)態(tài)性能。（3）若使用比例積分控制，反復(fù)調(diào)整仍達(dá)不到滿意的效果，則可加入微分環(huán)節(jié)。在整定時(shí)，微分時(shí)間從小變大，相應(yīng)調(diào)整比例增益和積分時(shí)間，逐步試湊，以得到滿意

41、的動(dòng)態(tài)性能。5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)815-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定比例增益對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響比例增益對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響kp=2.85kp=1.852021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)825-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定kp=2.4 kp=2.4 ti=2kp=2.4 ti=1積分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響積分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)835-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定微分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響微分時(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的影響kp=2.4 ti=1 td=0.25kp=2.4

42、ti=1 td=0.42021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)84純比例控制參數(shù)整定kp=1 kp=2kp=2.4 5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)85比例積分控制參數(shù)整定kp=2.4 kp=2.2 ti=2kp=2.2 ti=15-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)86pid控制參數(shù)整定1kp=2.2 ti=1 kp=2.6 ti=0.8 td=0.2kp=2.6 ti=0.75 td=0.25-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)87kp=2.6 ti=0.75 td=0.2 kp=2.6 ti=

43、0.75 td=0.25kp=2.4 ti=0.75 td=0.25pid控制參數(shù)整定25-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)88 5-4-3 數(shù)字pid控制的參數(shù)整定2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)895.5 常規(guī)控制方案串級(jí)控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)905-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)91副變送器副變送器主變送器主變送器主參數(shù)主參數(shù)給定值給定值r通用的計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)示意框圖通用的計(jì)算機(jī)串級(jí)控制系統(tǒng)示意框圖u2主調(diào)主調(diào)節(jié)器節(jié)器副調(diào)副調(diào)節(jié)器節(jié)器e1e2u1副對(duì)象副對(duì)象主對(duì)象主對(duì)象二

44、次擾動(dòng)二次擾動(dòng)一次擾動(dòng)一次擾動(dòng)副參數(shù)副參數(shù)主參數(shù)主參數(shù)y1y2執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)d/aa/da/d5-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)92 采樣并獲得當(dāng)前輸出采樣值； 計(jì)算主回路的偏差e1(k)； 計(jì)算主回路pid控制器的輸出u1(k)； 計(jì)算副回路的偏差e2(k)； 計(jì)算副回路pid控制器的輸出u2(k)； 輸出到被控對(duì)象。5-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)93 異步采樣控制異步采樣控制 即主回路的采樣控制周期t1是副回路采樣控制周期t2的整數(shù)倍。 同步采樣控制同步采樣控制 即主、副回路的采樣控制周期相同，但因副對(duì)象響應(yīng)速度較快，故應(yīng)以副回路為

45、準(zhǔn)。5-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)94用于抑制系統(tǒng)的主要干擾用于克服對(duì)象的純滯后 用于減少對(duì)象的非線性影響5-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)955-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) 出料進(jìn)料冷卻劑tc出料進(jìn)料冷卻劑tctc2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)965-5-1 串級(jí)控制系統(tǒng) tctc燃料油進(jìn)料出料fctc進(jìn)料出料燃料油tc進(jìn)料出料燃料油pc2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)975-5-2 前饋控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)98gf (s)gd (s) d/ag (s) pid a/dreucy擾動(dòng)擾動(dòng)dufub)()()(sg

46、sgsgdf5-5-2 前饋控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)99 計(jì)算反饋控制的偏差e(k)； 計(jì)算反饋控制器(pid)的輸出ub (k)； 計(jì)算前饋控制器gf (s)的輸出uf (k)； 計(jì)算前饋反饋調(diào)節(jié)器的輸出uc (k)。5-5-2 前饋控制系統(tǒng) 2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1005-5-2 前饋控制系統(tǒng) 凝液蒸汽qc2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1015-5-2 前饋控制系統(tǒng) dfbfcfctctc2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1025-5-3 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)1035-5-3 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng) 建立過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性的模型；

47、 將模型加入到反饋控制系統(tǒng)中，有延遲的一部分用于抵消被延遲了的被控量； 無(wú)延遲部分反映到調(diào)節(jié)器，讓調(diào)節(jié)器提前動(dòng)作，從而可明顯地減少超調(diào)量和加快調(diào)節(jié)過(guò)程。2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)104gc(s) gp(s)gp(s)rduyygs(s)史密斯預(yù)估控制系統(tǒng)示意框圖史密斯預(yù)估控制系統(tǒng)示意框圖mqesey 5-5-3 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)105 圖中虛框即為史密斯預(yù)估器，其等效傳遞函數(shù)gs (s)為 gs (s)=gp(s)(1 ) 閉環(huán)傳遞函數(shù)為sespcpcesgsgsgsgsg)()(1)()()(5-5-3 純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)2021-11-12計(jì)算機(jī)控制技術(shù)106采樣周期為t，則由于純滯后的存在，信號(hào)要延遲 n 個(gè)周期 內(nèi)存中設(shè) n 個(gè)單元存放信號(hào)m(k)的歷史數(shù)據(jù) 第n 號(hào)單元里的內(nèi)容即為m(k)滯后n 個(gè)采樣周期后的信號(hào)q(q=m(k-n)。tn5-5