演示文稿內(nèi)?？刂萍夹g(shù)

演示文稿內(nèi)?？刂萍夹g(shù)目前一頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)（優(yōu)選）內(nèi)?？刂萍夹g(shù)目前二頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)二、控制系統(tǒng)中純滯后傳遞函數(shù)模型典型環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)1.一階2.二階3.非自平衡過(guò)程目前三頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)三、純滯后特性對(duì)控制系統(tǒng)的影響控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)R（s）F（s）Y（s）-+Gc(s)G(s)Gf(s)Gm(s)目前四頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)三、純滯后特性對(duì)控制系統(tǒng)的影響

1.純滯后出現(xiàn)在干擾通道系統(tǒng)的穩(wěn)定性不受純滯后特性的影響

2.純滯后出現(xiàn)在反饋通道特征根受到純滯后時(shí)間的影響，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)的控制品質(zhì)變差。

3.純滯后出現(xiàn)在前向通道影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制品質(zhì)。目前五頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)四、純滯后系統(tǒng)的MATLAB計(jì)算及仿真

1.純滯后特性的近似用MATLAB函數(shù)命令pade()來(lái)近似其傳遞函數(shù)。

[np,dp]=pade(tan,n)2.帶純滯后特性閉環(huán)系統(tǒng)的近似模型R（s）Y（s）-Gc(s)G(s)Gm(s)帶純滯后特性閉環(huán)系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)圖目前六頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)2.帶純滯后特性閉環(huán)系統(tǒng)的近似模型R（s）Y（s）-Gc(s)G(s)Gm(s)帶純滯后特性閉環(huán)系統(tǒng)的近似結(jié)構(gòu)圖Pd(s)目前七頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)3.仿真實(shí)例：已知大純滯后系統(tǒng)的被控廣義對(duì)象傳遞函數(shù)為設(shè)定控制用PID調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為對(duì)系統(tǒng)的PID控制與Smith控制分別進(jìn)行仿真。目前八頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)PID控制的仿真程序%L5405a.mn1=[2];d1=[41];G1=tf(n1,d1);tau=4;[np,dp]=pade(tau,2);Gp=tf(np,dp);n2=[7.0234.2950.06875];d2=[0.92876.0950];G2=tf(n2,d2);sys=feedback(G1*G2,Gp);[y,t]=step(sys);set(sys,'Td',tau);t1=[0:0.01:200]';step(sys,t1)目前九頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)PID控制的階躍響應(yīng)曲線超調(diào)量：8.7348%，峰值時(shí)間：6.5780s，調(diào)節(jié)時(shí)間：7.0166s目前十頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)Smith預(yù)估控制的仿真程序%L1517a.mn1=[2];d1=[41];G1=tf(n1,d1);tau=4;[np,dp]=pade(tau,2);Gp=tf(np,dp);n2=[7.0234.2950.06875];d2=[0.92876.0950];G2=tf(n2,d2);sys=feedback(G1*G2,1);[y,t]=step(sys);set(sys,'Td',tau);t=[0:0.01:400]';step(sys,t)目前十一頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)Smith預(yù)估控制的階躍響應(yīng)曲線較好的控制了對(duì)PID控制的振蕩曲線，使被延遲了的被控量提前反映到調(diào)節(jié)器，減小超調(diào)使之成為單調(diào)上升的過(guò)程。目前十二頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)第二節(jié)內(nèi)?？刂萍夹g(shù)

內(nèi)模控制(InternalModelControl——IMC）是一種基于過(guò)程數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的新型控制策略。它與史密斯預(yù)估控制很相似，有一個(gè)被稱為內(nèi)部模型的過(guò)程模型，控制器設(shè)計(jì)可由過(guò)程模型直接求取。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制性能好、魯棒性強(qiáng)，并且便于系統(tǒng)分析。目前十三頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)圖6－1內(nèi)模控制結(jié)構(gòu)框圖

——實(shí)際對(duì)象；

——對(duì)象模型；

——給定值；

——系統(tǒng)輸出；

——在控制對(duì)象輸出上疊加的擾動(dòng)。

內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)思路是從理想控制器出發(fā)，然后考慮了某些實(shí)際存在的約束，再回到實(shí)際控制器的。1.什么是內(nèi)?？刂疲磕壳笆捻?yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)討論兩種不同輸入情況下，系統(tǒng)的輸出情況：

（1）當(dāng)時(shí)：假若模型準(zhǔn)確，即

由圖可見(jiàn)

假若“模型可倒”，即可以實(shí)現(xiàn)可得不管如何變化，對(duì)的影響為零。表明控制器是克服外界擾動(dòng)的理想控制器。則令目前十五頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)（2）當(dāng)時(shí)：假若模型準(zhǔn)確，即

又因?yàn)?，則表明控制器是跟蹤變化的理想控制器。

其反饋信號(hào)——內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)具有開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)。

當(dāng)模型沒(méi)有誤差，且沒(méi)有外界擾動(dòng)時(shí)

目前十六頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)1.對(duì)偶穩(wěn)定性若模型是準(zhǔn)確的，則IMC系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定的充要條件是過(guò)程與控制器都是穩(wěn)定的。所以，IMC系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性只取決于前向通道的各環(huán)節(jié)自身的穩(wěn)定性。結(jié)論：對(duì)于開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定系統(tǒng)，在使用IMC之前將其穩(wěn)定。

內(nèi)?？刂频闹饕再|(zhì)目前十七頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)2.理想控制器特性當(dāng)模型是準(zhǔn)確的，且模型穩(wěn)定，若設(shè)計(jì)控制器使，且存在并可實(shí)現(xiàn)則，控制器具有理想控制器特性，即在所有時(shí)間內(nèi)和任何干擾作用下，系統(tǒng)輸出都等于輸入設(shè)定值，保證對(duì)參考輸入的無(wú)偏差跟蹤。

內(nèi)?？刂频闹饕再|(zhì)目前十八頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)3.零穩(wěn)態(tài)偏差特性

I型系統(tǒng)（模型存在偏差，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，只要設(shè)計(jì)控制器滿足即控制器的穩(wěn)態(tài)增益等于模型穩(wěn)態(tài)增益的倒數(shù)。）對(duì)于階躍輸入和常值干擾均不存在穩(wěn)態(tài)誤差。

II型系統(tǒng)（模型存在偏差，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，只要設(shè)計(jì)控制器滿足，且）對(duì)于所有斜坡輸入和常值干擾均不存在穩(wěn)態(tài)誤差。

IMC系統(tǒng)本身具有偏差積分作用。

內(nèi)?？刂频闹饕再|(zhì)目前十九頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)1.若對(duì)象含有滯后特性則中含有純超前項(xiàng)，物理上難以實(shí)現(xiàn)。2.若對(duì)象含有s平面右半平面（RHP）零點(diǎn)，則中含有RHP極點(diǎn)，控制器本身不穩(wěn)定，閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。3.若對(duì)象模型嚴(yán)格有理，則非有理，即中將出現(xiàn)N階微分器，對(duì)過(guò)程測(cè)量信號(hào)中的噪聲極為敏感，不切實(shí)際。4.采用理想控制器構(gòu)成的系統(tǒng)，對(duì)模型誤差極為敏感，魯棒性、穩(wěn)定性變差。

內(nèi)?？刂频膶?shí)現(xiàn)問(wèn)題目前二十頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)2.內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)

步驟1因式分解過(guò)程模型式中，包含了所有的純滯后和右半平面的零點(diǎn)，并規(guī)定其靜態(tài)增益為1。為過(guò)程模型的最小相位部分。步驟2設(shè)計(jì)控制器

這里f為IMC濾波器。選擇濾波器的形式，以保證內(nèi)模控制器為真分式。目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)——整數(shù)，選擇原則是使成為有理傳遞函數(shù)。對(duì)于階躍輸入信號(hào)，可以確定Ⅰ型IMC濾波器的形式對(duì)于斜坡輸入信號(hào)，可以確定Ⅱ型IMC濾波器的形式為——濾波器時(shí)間常數(shù)。

因此，假設(shè)模型沒(méi)有誤差，可得目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)設(shè)時(shí)表明：濾波器與閉環(huán)性能有非常直接的關(guān)系。濾波器中的時(shí)間常數(shù)是個(gè)可調(diào)整的參數(shù)。時(shí)間常數(shù)越小，對(duì)的跟蹤滯后越小。事實(shí)上，濾波器在內(nèi)?？刂浦羞€有另一重要作用，即利用它可以調(diào)整系統(tǒng)的魯棒性。其規(guī)律是，時(shí)間常數(shù)越大，系統(tǒng)魯棒性越好。目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)討論（1）當(dāng),,時(shí)，濾波時(shí)間常數(shù)取不同值時(shí)，系統(tǒng)的輸出情況。（2）當(dāng),，由于外界干擾使由1變?yōu)?.3，取不同值時(shí)，系統(tǒng)的輸出情況。例3－1

過(guò)程工業(yè)中的一階加純滯后過(guò)程（無(wú)模型失配和無(wú)外部擾動(dòng)的情況）。則在單位階躍信號(hào)作用下，設(shè)計(jì)IMC控制器為

目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)1～4曲線分別為取0.1、0.5、1.2、2.5時(shí)，系統(tǒng)的輸出曲線。

圖6－2過(guò)程無(wú)擾動(dòng)圖6－3過(guò)程有擾動(dòng)目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)例3－2考慮實(shí)際過(guò)程為內(nèi)部模型為(a)IMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（b）Smith預(yù)估控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖6－4存在模型誤差時(shí)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖比較IMC和Smith預(yù)估控制兩種控制策略。目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)不存在模型誤差仿真輸出存在模型誤差時(shí)IMC仿真存在模型誤差時(shí)Smish預(yù)估控制仿真(a)(b)(c)目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)3內(nèi)模PID控制

(1)PID控制器的基本形式理想形式對(duì)于模擬元件實(shí)現(xiàn)的工業(yè)PID目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)圖3－2內(nèi)模控制的等效變換

圖中虛線方框?yàn)榈刃У囊话惴答伩刂破鹘Y(jié)構(gòu)圖中虛線方框?yàn)閮?nèi)?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)

(2)基于內(nèi)模的PID控制器

——用IMC模型獲得PID控制器的設(shè)計(jì)方法

目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)反饋系統(tǒng)控制器為即因?yàn)樵跁r(shí)，得：可以看到控制器的零頻增益為無(wú)窮大。因此可以消除由外界階躍擾動(dòng)引起的余差。這表明盡管內(nèi)?？刂破鞅旧頉](méi)有積分功能，但由內(nèi)模控制的結(jié)構(gòu)保證了整個(gè)內(nèi)?？刂瓶梢韵嗖?。

目前三十頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)可以將寫(xiě)為

當(dāng)模型已知時(shí)，將上式和實(shí)際的PID算式，對(duì)應(yīng)系數(shù)相等，求解即可得基于內(nèi)模控制原理的PID控制器各參數(shù)。

對(duì)上式中含有的滯后項(xiàng)進(jìn)行近似——Pade近似和Taylor近似。目前三十一頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)例3－3設(shè)計(jì)一階加純滯后過(guò)程的IMC－PID控制器。⑴對(duì)純滯后時(shí)間使用一階Pade近似

⑵分解出可逆和不可逆部分⑶構(gòu)成理想控制器目前三十二頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)⑷加一個(gè)濾波器這時(shí)不需要使為有理，因?yàn)镻ID控制器還沒(méi)有得到，容許的分子比分母多項(xiàng)式的階數(shù)高一階。由：目前三十三頁(yè)\總數(shù)三十五頁(yè)\編于點(diǎn)展開(kāi)分子項(xiàng)①

選PID控制器的傳遞函數(shù)形式為②比較①②式，用乘以②式與常規(guī)PID控制器參數(shù)整定相比，IMC－PID控制器參數(shù)整定僅需要調(diào)整比例增益。比例增益與是反比關(guān)系，大，比例增益小，