北京化工大学：《过程控制工程》课程教学资源（课件讲稿）第八章 非线性控制系统、第九章 新型控制系统

第8章 非线性控制系统 8.1线性过程的非线性控制 8.2非线性过程的非线性控制 8.3 位式控制 教学进程

第8章 非线性控制系统 非线性控制系统 8.1 线性过程的非线性控制 线性过程的非线性控制 8.2 非线性过程的非线性控制 非线性过程的非线性控制 8.3 位式控制 教学进程

8.1线性过程的非线性控制 两类非线性控制系统： 过程是线性的，为了满足某种特殊要求 而引入的非线性控制规律； 过程本身是非线性的，引入非线性单元或规律 用以补偿

8.1 线性过程的非线性控制 线性过程的非线性控制 两类非线性控制系统： 两类非线性控制系统： 过程是线性的，为了满足某种特殊要求 过程是线性的，为了满足某种特殊要求 而引入的非线性控制规律； 而引入的非线性控制规律； 过程本身是非线性的，引入非线性单元或规律 过程本身是非线性的，引入非线性单元或规律 用以补偿

8.1线性过程的非线性控制 8.1.1液位的非线性控制 (1)实现均匀控制 采用带不灵敏区的非线性控制规律 不灵敏区内，控制器增益比较小，即对偏差不灵敏。 液位偏差在不灵敏区小范围波动时，控制器输出变化 很小，控制阀动作很小 液位有小波动，流量也有小的波动—均匀控制 系统的组成可采用单回路或串级结构P138图8-2 (A)、(B)

8.1 线性过程的非线性控制 线性过程的非线性控制 8.1.1 液位的非线性控制 液位的非线性控制 （1）实现均匀控制 ）实现均匀控制 采用带不灵敏区的非线性控制规律 采用带不灵敏区的非线性控制规律 不灵敏区内，控制器增益比较小，即对偏差不灵敏。 不灵敏区内，控制器增益比较小，即对偏差不灵敏。 液位偏差在不灵敏区小范围波动时，控制 液位偏差在不灵敏区小范围波动时，控制器输出变化 很小，控制阀动作很小 很小，控制阀动作很小 液位有小波动，流量也有小的波动 液位有小波动，流量也有小的波动——均匀控制 系统的组成可采用单回路或串级结构 系统的组成可采用单回路或串级结构 P138 图8-2 （A）、（B）

8.1.1液位的非线性控制 (2)非线性控制器类型 ①PI、PD型，不灵敏区内只是增益K发生变化一A型 ②PI型，K和T同时起作用一B型 ③不灵敏区内以PV代替SP,因此，不灵敏区成为“死 区”，不灵敏区外，和B型一样

8.1.1 液位的非线性控制 液位的非线性控制 （2）非线性控制器类型 ）非线性控制器类型 ① PI、PID型，不灵敏区内只是增益 型，不灵敏区内只是增益K发生变化——A型 ② PI型，K和Ti同时起作用——B型 ③ 不灵敏区内以PV代替SP，因此，不灵敏区成为 因此，不灵敏区成为“死 区”，不灵敏区外，和 ，不灵敏区外，和B型一样

8.1.1液位的非线性控制 参数整定要注意的问题： ①作为液位均匀控制器，其不灵敏区以外的控制作用要 大些，迅速拉回到不灵敏区内； ②不灵敏区的宽度要略小于工艺允许波动范围，使得液 位超出不灵敏区后有一定的控制过程 ③不灵敏区内的KC的大小与不灵敏区宽度综合考虑

8.1.1 液位的非线性控制 液位的非线性控制 参数整定要注意的问题： ①作为液位均匀控制器，其不灵敏区以外的控制作用要 作为液位均匀控制器，其不灵敏区以外的控制作用要 大些，迅速拉回到不灵敏区内； 大些，迅速拉回到不灵敏区内； ②不灵敏区的宽度要略小于工艺允许波动范围，使得液 不灵敏区的宽度要略小于工艺允许波动范围，使得液 位超出不灵敏区后有一定的控制过程 位超出不灵敏区后有一定的控制过程 ③不灵敏区内的KC的大小与不灵敏区宽度综合考虑 的大小与不灵敏区宽度综合考虑

8.1.1液位的非线性控制 B型的控制效果好些 图83采用选择性控制系统实现非线性的均匀控制 正作用 LC 高位继动器 正作用 高选器 低位继动器 正作用」 低选器 气开 Fo

8.1.1 液位的非线性控制 液位的非线性控制 B型的控制效果好些 型的控制效果好些 图8-3 采用选择性控制系统实现非线性的均匀控制 采用选择性控制系统实现非线性的均匀控制 LC > < 正作用 高位继动器 低位继动器 Fi 气开 正作用 高选器 正作用 低选器 Fo

8.1.2线性过程的其它非线性控制 变结构控制(VSS) 逻辑单元根据系统的要求和特点，选择运算规律 开关元件 运算单元 执行装置 过程 四雄苗示

8.1.2 线性过程的其它非线性控制 线性过程的其它非线性控制 变结构控制（VSS ） 逻辑单元根据系统的要求和特点，选择运算规律 逻辑单元根据系统的要求和特点，选择运算规律 开关元件 逻辑单元 运算单元 执行装置 过程

8.12线性过程的其它非线性控制 VSS采用计算机实现容易，简单的可以采用仪表的 些计算单元完成 P140图8-5一个简单的变结构控制器 对于高阶系统的控制效果好于一般PD控制器 输入偏差 输出

8.1.2 线性过程的其它非线性控制 线性过程的其它非线性控制 VSS采用计算机实现容易，简单的可以采用仪表的一 现容易，简单的可以采用仪表的一 些计算单元完成 些计算单元完成 P140 图 8 -5 一个简单的变结构控制器 一个简单的变结构控制器 对于高阶系统的控制效果好于一般 对于高阶系统的控制效果好于一般PID控制器 输出 u K1 G A ( • ) 2 S T P × K 2 Ti /s Σ √ ( •) ė ( • ) 2 输入偏差 Σ +1 -1 e P Σ up

8.2非线性过程的非线性控制 有些非线性特性严重的过程，必须采用非线性控制 8.2.1pH控制的非线性控制 典型的非线性过程P141图8-9在PH值为7附近非线性畸 变严重，斜率非常大，普通PD控制器难于控制 PH控制在工业应用很多，如污水处理过程 p 10 2030 4050 C试剂/升溶液

8.2 非线性过程的非线性控制 非线性过程的非线性控制 有些非线性特性严重的过程，必须采用非线性控制 有些非线性特性严重的过程，必须采用非线性控制 8.2.1 pH控制的非线性控制 控制的非线性控制 典型的非线性过程 典型的非线性过程 P141 图8-9 在PH值为7附近非线性畸 变严重，斜率非常大，普通 变严重，斜率非常大，普通PID控制器难于控制 控制器难于控制 PH控制在工业应用很多，如污水处理过程 控制在工业应用很多，如污水处理过程 11 10 9 8 7 6 5 4 3 0 10 20 30 40 50 pH C试剂/升溶液

8.2.1pH控制的非线性控制 (1)带不灵敏区的非线性控制 在PH=7附近实施不灵敏区的控制作用 关键：不灵敏区的宽度、不灵敏区内的增益，参数 整定时试凑 (2)自适应PH值控制 PH值变化曲线，会由于在废水中添加了弱酸或碱， 有所改变 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2

8.2.1 pH控制的非线性控制 控制的非线性控制 （1）带不灵敏区的非线性控制 ）带不灵敏区的非线性控制 在PH=7附近实施不灵敏区的控制作用 附近实施不灵敏区的控制作用 关键：不灵敏区的宽度、不灵敏区内的增益 关键：不灵敏区的宽度、不灵敏区内的增益，参数 整定时试凑 （2）自适应PH值控制 PH值变化曲线，会由于在废水中添加了弱酸或碱， 值变化曲线，会由于在废水中添加了弱酸或碱， 有所改变 10 8 6 4 2 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5