第六章提高品質(zhì)的控制系統(tǒng)

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5了了6主調(diào)節(jié)器（主控制器副調(diào)節(jié)器（副控制器78y2z2q9y1z1u1u2qy2y1W2(s)K2

W02(s)

K02

Wv(s)

Wm2(s)Km分析等效副對象特性W*02W(W(s)22 (s) SW(S)vvW(S)WYW(s)W (s) X21W(s)W 2vmT'SKK2Kv1KK mK,1KK mKT若若1K串級控制系統(tǒng)可以看作是一個改變了過程部分特性的單回路系統(tǒng)W02(s)W*02(s)，時間常數(shù)T02減小T’021.1.W(s)Y2(s)F21W(s)W2vmY1(s)X1W1(s)W2(s)W'(s)W011W12 (s)W01(s)Wm1'1W1W12 *

W* X1

W1(s)W2(s)W'(s)W011W1(s)W2(s)W'(s)W01(s)Wm1

W* 1W1(s)W2(s)W*(s)W01(s)Wm1 對于控制系統(tǒng)，Y1(SX1(S)Y1(S)/F2(S)

Y1(s)/X1(s)

W1(s)K1,W2(s)K

12Y1(s)/12Y(s)/F

K1K

Y1(S)/X1(S)

(S)K2.

Y1(S)/

Y1(s) Y1(s) Y1Y1(S)/X1(S)W(S)KY1(S)/F2(S)K1K2特征方程：特征方程：1W(S)Y(S)21X(S)W (S)2SS2 TTS1K '1 2 01 K TT0 c0 2S2 11TS11TS

, (S)

, (S)S1,2 c0cc212c12c Tc0cTT 2.特征方程：1W(s)Wv(s)W02s)W01(s)Wm(ss2T01T02s1KKvK02K01s22 d d d d dT 3.設(shè)設(shè)cdQ1K2KvK02Km2cgcg/dg為縱坐標作圖.cg/dg為縱坐標作圖.1）T01T02比值一定，K2越大，W()'2W()'2XT'2K2Kv11KKKK mK mKKmK02 44T01/T023表明副回路包括的擾動太多,這將使控制不及時T01/T02>10表明副回路包括的擾動太少,作用不明顯T01/T02≈1T01/T02>10表明副回路包括的擾動太少,作用不明顯主調(diào)節(jié)器：PI或PID1.1.一是“先副后主”，即先投副回路后投主回路。

副調(diào) 主調(diào)

數(shù)整定方法，求主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)數(shù)整定方法，求主調(diào)節(jié)器的整定參數(shù) 求副調(diào)節(jié)器的比例度δ2S和操作周期T2S調(diào)節(jié)器的比例度δ1S和操作周期T1S；3、根據(jù)求得的δ1S、T1S、δ2S、T2S數(shù)值，按單回路系統(tǒng)衰減曲整定計算主、副調(diào)節(jié)器的比例度δ、積分時間TIP

副調(diào)節(jié)器比例度 解：1.置δ2=40%，TI，TD=0，按4:1衰減 數(shù)，得 δ1=0.8δ1S=0.8×30%=TI1=0.3T1S=0.3×3=0.9TI1=0.3T1S=0.3×3=0.9δ2δ2=按先“比例后積分再微分”的順序設(shè)置主調(diào)節(jié)器參數(shù)， 由于存在主、副回路，串級控制系統(tǒng)整定時可能出現(xiàn)“共振”，要掌握消除系統(tǒng) 的方法。(b(b張質(zhì)量，工藝要求網(wǎng)前箱溫度保持在61℃左右，容許糾偏篩、圓篩除去雜質(zhì)后到網(wǎng)前箱，再經(jīng)銅網(wǎng)脫水。為了保張質(zhì)量，工藝要求網(wǎng)前箱溫度保持在61℃左右，容許糾偏差不得超過±1℃滯后達滯后達6.2前饋控制器例 熱交換器溫度控制系例 熱交換器溫度控制系T為出口溫度（系統(tǒng)輸出：當擾動出 通過擾動通道導(dǎo)致輸出偏 11(理論或理想△f(t)≠0,△即當F(s)≠0時,要求Y(s)設(shè)計原則——不變性因為F(s)≠0W設(shè)計原則——不變性

W(s)W(s)WfW0例例Wf(s)sW0(s)3s (s)WfW0結(jié)論:擾動產(chǎn)生后，輸出可以不產(chǎn)生偏差前饋控制器由被控對象的特性決定f(t≠0,y(t)∣t→∞≡0t→∞對應(yīng)s→0，若Kef KWf(s)

Tfs

Wf(s)+Wff(s)W0(s) (s)Wf(s)KW0K0此時前饋控制器為一個0結(jié)論:Wff(s) 0結(jié)論:△f(t)≠0,∣△y(t)∣△f(t)≠0,∣△y(t)∣ 可可實現(xiàn)問題模型精度Wf(s)sWfm(s)W0(s)(3sW0m(s)(2.5sffW0(s)(3s1)(s (s)Wf(s)3s

Wff

(s)Wfm(s)

(s)KKK（靜態(tài)前饋

0 (s)（動態(tài)前饋

cpF(TscpF(TsT0)QFpH(TT)s0ffs必須對T0+∑-×QFTF(s)≠0時,要求Y(s)≡0,W(s)W(s)W(s)fff0 (s)F(s)≠0時,要求Y(s)≡0,W(s)W(s)W(s)fff0 (s)WfW0Y(s)Wf(s)Wff(s)W0

F Wf(s)Wff(s)W0(s)Y(s)W(s)W (s)Wfff01W(s)WFc0例控制器Wc1(s)和串級副控制器Wc2(s)。與單純串級系統(tǒng)一樣,主控制器Wc1(s)和串級副控制器Wc2(s)與再討論F(s),令X(s)W*(s)

1

FW(s) (s)YW(s)]W*(s)W(s)Y fW(s)f(s)W*(s)W(s)f(s)W*(s)W(s)Wff(s)

Wf ＞W(wǎng)W*(s)1 (s)WfW具有反饋——WW(s)fe1TffW0(s)1Ts0 (s)

1T0s

ffffffff1Tf KK0f0 (s)

1T1s

2 ff1T211）T1f0Wff(s)Kff采用比例放大器可以實現(xiàn)，需要整定的參數(shù)為TT12TT12f0 (s)1ff1T2 0

Wff(s)

1T1s此為帶有純滯后的“超前-滯后”的前饋控制規(guī)律;2ff1T此為帶有純滯后的“超前-滯后”的前饋控制規(guī)律;2

1effs 12121212sseeffs12s121212s12s具體實施如圖，需要整定的參數(shù)為T1、T2和

(s) 1T1sU2 2

ff1T F 1Ts

1 (z)Z

Z1

1Ts

1T

T1)

U(z)1ffT1

z

T2

F(z) aT1,b

K F(z)

ff

zebTU(z)

b F(z)

ff zebTU(z)(zebT)U(z)zebTU(z)

a(zebT)b(1a)zF(z)Kff(abab)F(z)zu(k1)ebTu(k

(abab)f(k1)aebT

f(ku(k)ebTu(k (abab)f(k)aebT f(k Wff(s)K

1T1sU1T F2u(t)Tdu f(t)Tdf(t)2

ff

duu(k)u(k dff(k)f(k u(k)TT2[u(k)u(kKffTf(k)KffT1[f(k)f(ku(k)T

[u(k)u(k

aT1,bKffKffTf(k)KffT1[f(k)f(k u(k)(TT2)T2u(kKff(TT1)f(k)KffT1f(kuu(k)(TT2u(k1)Kff(TT1)f(k) Kff

f(k(TT2u(k)ebTu(k

Kff(abab)f(k)ae Kfff(k當生產(chǎn)過程的存在較大的可測而不可控的擾動，而系統(tǒng)當生產(chǎn)過程的存在較大的可測而不可控的擾動，而系統(tǒng)明確為什么要引入前饋（在設(shè)計單回路系統(tǒng)的基礎(chǔ)上（工藝特點、模型、系統(tǒng)要求以及經(jīng)濟性（工藝特點、模型、系統(tǒng)要求以及經(jīng)濟性0.7（模擬前饋或數(shù)字前饋 步驟：i步驟：i根據(jù)工藝確定Kff的符號;i 在穩(wěn)態(tài)時，改變△f(t)，使系統(tǒng)；ii ，由小變大，觀察曲線直到ff tfft例 i根據(jù)工藝確定Kff的符號iv.開關(guān)閉合，調(diào)節(jié)Kff，由小變大，觀察曲線直到曲線達欠補 補償合

理想情況：就是擾動產(chǎn)生的偏差與給定值之間 積基本相 KKu2f21步驟：i根據(jù)工藝確定Kff步驟：i根據(jù)工藝確定Kff的符號;ii在穩(wěn)態(tài)時，記錄f1和控制量u1，并改變△f(tWff(s)

1T1s 1 ff1T ff1T 當K

T1 存在的動態(tài)誤差的 積調(diào)節(jié)T1

T2T2

T12,T2T1T231 T1T25.51 T18.4,T2

K K

T 那么此時的T1T2T0Tf3、保持T1、T2的差不變的情況下細調(diào)T1、T2確定動態(tài)參數(shù)T1、 的皮帶機進行輸送。(2)例

W0(s)

10s

不變，時間延時作一個仿真，結(jié)果是

T

T T

時間已超出其開環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)時間（4T+=52分鐘）我們改變系統(tǒng)時間常數(shù)T=20，時間延時取12，此時/T=0.6由于系統(tǒng)特征方程中包含有e-fW(s) f

W(s)

W(s)es

0Tfs0

Ts

1W(s)W 從上兩式的特征方程中由于引入了e- W0(s)

T T

我們稱系統(tǒng)為采樣方案；（計算機控制實現(xiàn)方式6.3.26.3.2Smith希望消除閉環(huán)特征方程里的es項，或者將e但實際系統(tǒng)通常不好分割，即很難找到Y(jié)s)點，Y(sX(s1(1eY(sX(s1(1es)W0(s)Wc(s1 (s) (s)e1(1es) 0(s)c(s1W(s)WesW1c0c01W(s)1

1

結(jié)果是系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)特征方程中不含e-

10sY(s F(s

Wf(s (s) (s)

1 1(1es) (s) (s 1 (s) (s) (s) Wf (s1Wc(s)W0(s1f[1W(s)es]1f

(s W(sW(s)(1e11ss對模型精度要求太高不易用模擬儀表實現(xiàn)Ke0s

W0(s)

W0m(s) 當K0m=K0,T0m=T0,0m=0 1）K0m≠K0,T0m=T0,0m=

Ke0s0A 0Ke0sB U0d 0

(Ts Y'(s)d

Km U

Y'(s)d

UTms1 A UKeA UKe0sKe0sB UABd1(TsUm2）K0m=K0,T0m≠T0,0m=m00

Ts

TsK0m＝K0,T0m=T0,0m≠Ke0s

U

B

e(0m)