高等过控知识点总结.docx

一、性能指标1. 静态偏差y(8)或e(8) 静态偏差，也称余差，是指被调量的稳态值与给定值的长期偏差e(g)= r(g)—y(g) 静态偏差是衡量控制系统准确性的重要指标之一，它反映了控制系统的调节精度 2. 控制过程时间(调节时间，回复时间)ts对于定值控制系统，控制过程时间是指阶跃响应曲线由开始起到最后一次进入 偏离稳态值为土△范围，并且以后不再越出此范围的时间即t>ts 时 丨 y (t)— y(8)|W △ , 4=5%或 2%(5%|yl| 或 2% | y11 )对于随动控制系统，控制过程时间是指被调量与其稳态值之差不超过稳态值的±5%或±2%所 需要的时间，就认为控制过程已经结束即t>ts 时 y (t) — y(8)W ±5%y (*)或±2%y (x)3 •最大动态偏差ym或超调量n在定值控制系统中，常用最大动态偏差ym这个指标来衡量被调量偏离给定值的程度ym = yl+yD动控制系统常用超调量这个指标来衡量被控制量偏离给定值的程度超调量o可定义为：4•衰减率9衰减比n衰减率是指每经过一个波动周期，被调量波动幅值减少的百分数y 一 y . y= —1 3 = 1 一一3 yy 11式中yi—y3—偏离稳态值的第三个波峰幅值。

它常被工程上用来描述过渡过程为衰减振荡时的衰减速度若9<0,则调节过程是发散振荡，这种系统是不稳定的惻若9 = 0,则调节过程是等幅振荡，这种系统处于边界稳定若0<申<1,则调节过程是衰减振荡，这种系统是稳定的可以应用若9=1,则调节过程是不振荡的衰减过程(非周期过程)，这种系统稳定在0<9冬1的范围内，9的数值还可表明系统稳定裕量(富裕量或贮备量)的大小，一般取9 = 0.75 〜0.90制系统中，突出的要求是克服扰动的性能 制系统中突出的要求是跟踪性能 系统调节品质的优劣可以归纳为三个方面即稳定性，准确性、快速性二、数学模型建模方法①理论建模：基于基本的物理、化学定律和工艺参数，推导被控对象数学模型②试验建模：在运行条件下通过实验方法来获取根据阶跃响应把对象分为①有自平衡能力②无自平衡能力单容被控对象： 是指只有一个贮存物质或能量的容积这种对象用一阶微分方程式来描述单容被控 对象可分为有自平衡单容对象和无自平衡单容对象两大类 受到扰动后平衡被破坏，不需外来的调节作用，而依靠被调量自身变化使对象重新恢复 平衡的特性，称为对象的自平衡特性能够判断有自平衡能力和平衡能力传递函数区别：有自平衡能力 d 一般为n阶惯性环节(TS + 1) nk无有自平衡能力s(Ts +1)一般带有积分环节三、PID控制器 表达式特点P:微分方程：如二讣曲二”叫iI:D：传递函数： G (s) = =£ = -E (s) s T si比例控制的特点：(1)无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控制系统 中是促使控制过程稳定的因素；(2)有差作用微分方程：u (t) = K J'e(t)dt — A e(t)dti 0 T 0iU (s) K 1传递函数： G (s)二 二—二 -E(s) s Tsi积分控制的特点:(1)控制过程结束时,被调量与其给定值之间没有稳态偏差 (无差调节)(2)积分作用在控制系统中是使控制过程振荡的因素,很少单独使用 de微分方程：u (t) — T ―D dt传递函数：G (s 2詈=&微分控制的特点:(1)微分作用具有超前调节的特点(2) 能提高控制过程的稳定性(3) 不能单独使用 四、对象对控制质量的影响 控制通道：控制作用对被控量的影响扰动通道：干扰作用对被控量的影响①放大系数的影响 扰动通道的放大系数越大 , 在扰动作用下系统的动态偏差、稳态误差（静态偏差）越大。

控制通道的放大系数KcKu越大，系统的静态偏差幅度越小，即克服扰动的能力增强Kc 可调，能保证 KcKu 满足设计的要求，故 Ku 无影响②时间常数和阶次的影响 扰动通道具有惯性环节的扰动通道相当于低通滤波器时间常数越大，阶次越高，幅值 衰减越严重控制通道时间常数越大，阶次越高，系统反应速度慢，工作频率二tsf，对控制不 利02温度竺•莎纟阿」过藕器内扰 Q执行器成，亟减逞语变送器变送器副回路（内回路）：粗调主参数（主变量）:臼1 主调节器主对象（导前区对象）主回路（外回路）：细调副参数（副变量）：*>2 副调节器副对象（惰性区对象）③纯迟延的影响 扰动通道不影响控制质量，仅仅使被控量在时间轴上平移了一个值控制通道控制作用要推迟T后才起作用，对控制不利（T /Tu）越大，控制质量越差KT延迟控制通道无不利不利扰动通道e f不利有利无影响五、串级控制系统 结构 特点 调节规律特点（1）由于副回路具有快速作用，因此，串级控制系统对进入副回路的扰动有很强的克 服能力2） 由于副回路的存在，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率3） 由于副回路的存在，使串级系统有一定的自适应能力主、副调节器的选型：1．副调节器的选型 副调节器的任务是要快速动作以迅速消除进入副回路内的扰动、而且副参数 并不要求无差，所以一般都选P调节器.如果主、副回路频率相差很大，也可考虑采用 PI 调节器。

2．主调节器的选型主调节器的任务是准确保持被调量符合生产要求，不允许被调量存在静差 因此主调节器一般都采用 PI 调节器，如果控制对象惰性区的容积数目较多同时有主要扰动落在副回路以外的话，就可以考虑采用PID调节器六、比值控制系统（两种物料的比值）类型①单闭环比值控制系统 ②双闭环比值控制系统 ③变比值控制系统单闭环（能画出方框图并分析原理）稳态时，Q W -W ”Q1（WmiWTi）=Wm2Q2 J Q2 二 K1 m 2当Q1不变，Q2受到扰动时，闭合回路进行定值控制当Q1受到扰动时，WT1（s）输出 变化，Q2跟随Q1变化，保证原设定的比值不变单闭环比值控制系统适用于负荷变化不大，主流量不可控制，两种物料间的比值要求较 精确的生产过程双闭环（能画出方框图并分析原理）主流量回路：克服主流量扰动，实现其定值控制副流量回路：抑制副回路中的扰动，使副流量与主流量成比值关系七、 均匀控制系统 原理 对于一套控制系统，它能从分利用储罐的缓冲将一个变化剧烈的流量变换成一个变化平稳的流量，这种控制系统称为均匀控制（或均流控制）在均匀控制中涉及两个指标：1） 储罐输出流量要求平稳或变化缓慢；2） 最大扰动时，液位仍在允许范围内。

八、 前馈-反馈控制系统 原理 特点 前馈控制系统的特点：（1）前馈控制是根据扰动进行控制的，调节过程时间ts也较小2）前馈控制系统为开环控制系统，不存在系统的稳定性问题，但不易得到静态偏差的数 值3）前馈控制系统只能用来克服生产过程中主要的、可测的扰动4） 前馈控制系统一般只能实现局部补偿而不能保证被调量的完全不变依靠反馈控制来使系统在稳态时能准确地使被调量等于给定值，而在动态过程中则利用 前馈控制有效地减少被调量的动态偏差（对于主要扰动引起的）九、双重控制 原理 对于一个被控变量采用两个或两个以上的操纵变量进行控制的控制系统称为双重或多 重控制系统这类控制系统采用不止一个控制器，其中有一个控制器的输出作为另一个称为 阀位控制器的测量信号十、解耦 方法 概念 耦合：控制量与被控量之间是互相影响的，一个控制量的变化同时引起几个被控制量变 化的现象解耦：消除系统之间的相互耦合，使各系统成为独立的互不相关的控制回路 方法 一、串联解耦控制二、反馈解耦控制三、前补偿法十一、纯滞后 Smith 预估补偿的原理 求预估器原理① Smith预估补偿方案主体思想就是消去特征方程中的e —T s项② 能消除大迟延对系统过渡过程的影响，使调节过程的品质与过程无迟延环节时的情况 一样，只是在时间坐标上向后推迟了一个时间T。

要求 二 W' (s)e-Ts + W' (s)二 W' (s)p(s) 0 s 0Y(s) W (s)W'(sE= T 0R(s) 1+W (s)W'gsT0Sm扬预估器 W'（s） = W'（s）（1-e-町s 0十二、自适应模型参考自适应控制 原理 给图分析各部分作用参考模型：给定值经过参考模型得到期望输出，然后与实际系统输出作差自适应机构：根据广义的偏差自动调整控制器参数实现性能比较和自适应控制器的设计其实际运行可分3 个阶段：① 比较闭环性能，产生广义误差e（t）；② 按照自适应规律计算控制器参数； ③调整可调控制器十三、预测控制 原理 分析图老师上课说的：预测模型：根据控制输入预测出未来输出值 校正：根据当前的输出情况对预测的值进行修正，得到修正之后的输出值 参考轨迹：根据设定值和实际的输出的差，计算出来由现在的输出能够到达的设定值的比较 优化的输出曲线，然后把修正的预测的输出和参考轨迹的偏差进行优化计算，给 出当前的控制量课件上的： 预测模型的功能：根据被控对象的历史信息和未来输入，预测系统未来响应 滚动优化（优化）：通过某一性能指标的最优, 确定未来的控制作用 反馈校正（校正）：每到一个新的采样时刻，都要通过实际测到的输出信息对基于模型的预测输出进行修正，然后再进行新的优化。

不断根据系统的实际输 出对预测输出值作出修正使滚动优化不但基于模型，而且利用了反馈 信息，构成闭环优化十四、模糊控制模糊计算 模糊推理模糊集合的直积设4戸分别为不同论域上的模糊集合，则少寸◎的直积定义为：AxB = AtoB三个模糊集合的直集定义为：AxBxC 二（AxB'xC 二（AxB）fCL运算表示将括号内的矩阵按行写成mn维列向量的形式例：设模糊集合 A =(0.5 0.7 0.3) T B = (0.8 0.2),C = (0.9 0.4)=求 AxBxC解:0.5A\B — A1 B - 0.7 ^[0.8〜〜 J-U- -FW |_0.3 I0.50.2]= 0.70.3CL20.20.2_0.5__0.5 0.4_0.20.2 0.20.70.7 0.4O0.9 0.4 =0.2- J0.2 0.20.30.3 0.30.20.2 0.2模糊化接口：是模糊控制器的输入接口，主要作用是将输入的精确量按某些算法转换成 为模糊化量输入量包括了系统的参考输入、系统输出或状态等模糊化的一般过程：先将输入量进行尺度变换（尺度变换的算式和变换参数是存放在数 据库的 ），使其变换到各自的论域，；再进行模糊处理，将原有精确量变换成模糊量，并用 相应的模糊集合语言值来表示。

数据库：主要包含了与模糊数据和模糊规则有关的各种参数, 其中包括尺度变换、模糊 空间分割、和隶属度函数的选择等规则库：模糊控制规则库由一系列的“IF THEN”型规则所构成，规则库涉及到输入、 输出变量的选择、规则的获得、规则的类型和规则库的性能等模糊推理：推理是模糊控制器中，根据输入模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求 解模糊关系方程，。