纯滞后过程控制课件.ppt

纯滞后过程控制,纯滞后过程控制,主要内容,问题引出Smith 补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真,主要内容问题引出,常规 PID 控制系统,case1：,case2：,case3：,比例积分控制器,会发生什么情况？,常规 PID 控制系统case1：case2：case3：比,常规PID控制仿真,case1：,case2：,case3：,怎么办？,当过程的纯滞后时间与主导时间常数之比超过0.5时，常规控制器的控制效果比较差。,常规PID控制仿真case1：case2：case3：怎么办,主要内容,问题引出Smith 纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真,主要内容问题引出,Smith预估控制器,Smith预估控制器,Smith预估补偿原理,关键是内部模型！,Smith预估补偿原理关键是内部模型！+-,Smith预估补偿原理,Smith预估补偿原理+-,Smith预估补偿器,是否也能改善对噪声的抑止？,Smith预估补偿器+-是否也能改善对噪声的抑止？,Smith预估控制器,PID控制器,Smith预估控制器+-+-+PID控制器,Smith预估控制器仿真,Smith预估控制器仿真,仿真 模型一致的情况,Kc=1.1Ti=20,Kc=10Ti=1,单回路PID,Smith预估,仿真 模型一致的情况Kc=1.1Kc=10单回路P,Smith预估控制器仿真,Smith预估控制器仿真,仿真 模型不一致的情况,模型无偏差,模型有偏差,仿真 模型不一致的情况模型无偏差模型有偏差,主要内容,问题引出Smith 纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真,主要内容问题引出,基本内模控制结构,内模控制器 不是PID控制器,如何构成的？,基本内模控制结构内模控制器 不是PID控制器,内模控制器,情况I：R(s)=0,D(s)=幅值为1的阶跃干扰,内模控制器情况I：R(s)=0,D(s)=幅值,内模控制器,情况II：D(s)=0,R(s)0,内模控制器情况II：D(s)=0,R(s)0,内模控制的闭环传递函数,由基本的内模控制结构图，可得：,内模控制的闭环传递函数由基本的内模控制结构图，可得：,主要内容,问题引出Smith 纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真,主要内容问题引出,实际内模控制器,控制器是内模的逆！是否可以实现？,纯超前环节,分子阶次比分母高,结论：理想控制器不可实现！,实际内模控制器控制器是内模的逆！纯超前环节分子阶次比分母高结,实际内模控制器,控制器是内模的逆！是否可以实现？,如果为负，不稳定控制器,分子阶次比分母高,结论：理想控制器不可实现！,实际内模控制器控制器是内模的逆！如果为负，分子阶次比分母高结,用计算机很容易实现！,实际内模控制器,根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。首先将内部模型分为静态部分和动态部分：,控制器动态近似为模型动态的逆！,如何实现近似？,实际内模控制器根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。如,实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即,实际内模控制器,将模型的动态部分进行因式分解：,不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零点,可逆部分，剩余的环节,实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，,实际内模控制器,分子阶次比分母高,怎么办？,加入一个静态增益为1的低通滤波器f,实际内模控制器分子阶次比分母高怎么办？加入一个静态增益为1的,实际内模控制器,设为希望的闭环函数的时间常数,使分母的阶次不小于分子的阶次,实际内模控制器设为希望的闭环函数的时间常数 使分母的阶次不小,主要内容,问题引出Smith 纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真,主要内容问题引出,内模控制仿真1,内模控制仿真1,内模控制仿真1 设定值响应,Tf 1,Tf 4,Tf 10,Tf 20,内模控制仿真1 设定值响应Tf 1Tf 4Tf,内模控制仿真1 干扰响应,Tf=1,Tf=4,Tf=10,Tf=20,内模控制仿真1 干扰响应Tf=1Tf=4Tf,内模控制仿真2,内模控制仿真2,内模控制仿真2,Tf 1,Tf 4,Tf 10,Tf 20,内模控制仿真2Tf 1Tf 4Tf 10Tf,完全的内模控制结构,完全的内模控制结构,