《过程控制工程》课程教学资源（PPT课件）第三章 先进控制系统

第三章先进控制系统

中国大学自动化系 第三章先进控制系统 复杂过程的控制系统 智能控制系统

●计算机应用于生产过程控制 使原来难于实施的控制系统可以实现 ●现代控制理论得到发展 理论与实践相结合 ●生产过程控制要求提高 大型化、精细化提出更高控制要求 本章主要内容: ●多变量控制:状态反馈、预测控制 ●复杂过程的控制:解耦、时滞补偿、软测量 适应性控制、鲁棒控制 ●智能控制:模糊控制、专家系统、神经网络 ●监督控制:操作优化、统计过程控制 ●故障诊断和容错控制、综合自动化

第一节状态反馈控制 在有些系统中,状态变量是可以直接测量 的,例如图示系统中,操纵变量是液体流入量 g,而的1,h2和这三个液位信号都可作为状 态变量,系统方程 Ch=gR C2h2=h1--h2 RR Ch 2 R

1 1 1 1 1 C h q h R    2 2 1 2 1 2 1 1 C h h h R R    3 3 2 3 2 3 1 1 C h h h R R   

q h3 Q

q h1 Qo h2 h3 R3 C3 C2 R2 R1 C1

写成这样的标准形式 0 0 RO X AE 0 RCI RO 0 RC R,C B 00 q 设h3作为输出变量y, 则在y=Cx式中 h 0

1 2 3 h h h        x        2 3 3 3 1 2 2 2 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 R C R C R C R C R C 1 0 0        B A= u  q 设h3作为输出变量y， 则在y＝Cx式中 3 y  h C  0 0 1

为了控制最下面一个贮槽的液位,可以有 中方法: 取y3为被控变量,q为操纵变量,构成简单控制 系统。这个系统是三阶的,过程滞后较大。 取y3为主被控变量,y2或(及)y1为副被控变量, 构成液位一液位串级控制系统。 ■在简单控制系统的基础上,在控制器输出端加上 来自h1和h2的辅助变量信号。这种引入辅助变量 的系统,能与串级控制系统一样及早地发现某些 扰动的影响,并使过渡过程的动态指标有所改进

与第(3)种方法相似,我们可以直接取状 态变量进行反馈,即取 KX 式中的K为反馈矩阵,设令x为n维,U为m 维,则K是一个多维矩阵 K k k

u = Kx 11 1 1 n m mn k k k k        K    

其元素k一般为系数,必要时也可包括动态 环节。如果某一状态变量x不好测得,或其 他原因未进行反馈,则K矩阵中第j列的元 素为零。 状态反馈系统的框图见图 y x=AX+Bu

C K u x y x=Ax+Bu

设计状态反馈控制系统的关键是决 定反馈向量K。通常有两种方法 (a)以实现线性二次型最优性能 指标为目标求K。这一方法最终归 结为 Riccati方程的求解,称线性 最优控制 (b)零极点配置方法。它是通过 选取状态反馈阵K,使闭环系统的 特征值满足给定的要求,从而实现 期望的闭环响应