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过程控制课件--讲义第六章利用补偿原理提高系统

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《补偿控制》课件

《补偿控制》课件

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详细描述
控制精度的挑战主要来源于系统建模误差、外部干扰和执行机构的非线性特性。为了提高控制精度， 可以采用更精确的模型描述系统动态，采用先进的控制算法，以及优化执行机构的设计和制造。
系统稳定性问题
总结词
系统稳定性是补偿控制中必须考虑的重要问题，直接关系到系统的长期运行效果。
详细描述
系统稳定性问题主要表现在系统出现振荡、发散或失控等现象。为了解决稳定性问题，可以采用现代控制理论中 的稳定性分析和设计方法，如李雅普诺夫稳定性定理、极点配置等，以确保系统在各种工况下都能保持稳定运行 。
实时性问题
总结词
实时性是补偿控制中必须考虑的重要因 素，直接关系到系统的响应速度和性能 。
VS
详细描述
实时性问题主要表现在系统的响应速度慢 、延迟时间长等方面。为了解决实时性问 题，可以采用快速算法、并行计算等技术 ，优化系统计算和数据处理流程，提高系 统的响应速度和实时性。
鲁棒性问题
总结词
鲁棒性是补偿控制中需要考虑的重要问题， 关系到系统在不确定性和扰动下的性能表现 。
偏差。
反馈补偿
根据被控变量的实际值与设定值的 偏差，调整控制量，以减小偏差。
复合补偿
结合前馈补偿和反馈补偿的优点， 同时考虑被控变量的变化趋势和实 际值与设定值的偏差，进行补偿控 制。
补偿控制算法
PID控制算法
神经网络控制算法
比例、积分、微分控制算法，通过调 整比例、积分和微分的系数，实现控 制量的计算。
自适应控制技术通过实时监测系统运行状态，自动调整控制参数，以适应外部环 境的变化。这种技术能够提高补偿控制的实时性和准确性，减少因环境变化引起 的误差。
智能控制技术

过程控制的补偿控制资料PPT共50页

过程控制的补偿控制资料PPT共50页
过程控制的补偿控制资料
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联

过程控制的补偿控制资料50页PPT

过程控制的补偿控制资料50页PPT
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本料
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯

过程控制课件--第六章讲义利用补偿原理提高系统1新

过程控制课件--第六章讲义利用补偿原理提高系统1新

过程控制
7
(1) 绝对不变性
对象在扰动Di(t)作用下, 被调量y(t)在整个过渡过程中始 终保持不变, 调节过程的动态偏差和稳态偏差均为零.即
Y(s)/D(s) = 0,（调节过程的动态和稳态偏差均为零，”理
想情况“）。
(2) 误差不变性
准确度有一定限制的不变性．可表示为：
当 D i(t)0 时 ， |y(t)|
(4) 选择不变性
系统中被调量对其中几个主要的干扰实现不变性. 减 少了补偿装置, 节省投资又能达到对主要干扰的不变性．
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过程控制
9
§6-2 前馈控制系统
一 基本概念
D1 D2 Dn
r 前馈 设定值 控制器
调节量 μ
对象
前馈控制系统
y 被调量
D1，……，Dn 为可测扰动；u， y分别为被控对 象的操作变量 与受控变量。
Gff
(s) GPD(s) GV(s)GPC(s)
前馈控制的理论基础是不变性原理，或称为扰动
补偿理论
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过程控制
6
三、不变性原理:
控制系统的被调量与扰动量绝对无关或在一定准确度下 无关，也就是被调量完全独立或基本独立．
设被控对象受到干扰Di(t)的作用，则被调量y(t)的不变 性可表示为：
过程加长．
假水位: 锅炉蒸汽负荷突然↑,气压↓,水的沸点↓,水汽混合物体积↑,则此
时水位不因蒸发量大于给水量而下降，反而上升．反之一样．
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过程控制12r源自主调节器副调 节器
给水 扰动
G(s)
D(s)负 扰荷 动
调节阀
管路
锅炉 H

第六章前馈控制

第六章前馈控制

Wm(s)
F1
Wf(s)
F2
X1
+-
X2
Wc1(s)
Wc2(s)
Wo2(s)
Y2
W01(s)
Y
前 馈 -串 级 复 合 控 制 系 统 框 图 串
Wm(s)
F1
Wf(s)
X1
+-
X2
Y2
Y2(s)/ X2(s)
Wc1(s)
W01(s)
Y
等效简化框图
三.前馈控制系统设计中应注意的问题
过程控制 第六章
2、反馈控制的特点
① 反馈控制系统的输出是偏差的 函数。 基于偏差消除偏差” 函数。“基于偏差消除偏差” ② 控制器的动作总是落后于扰动 作用。 不及时控制” 作用。“不及时控制” ③ “闭环稳定”问题。 闭环稳定”问题。 ④ 可消除多种扰动对被控量 消除多种扰动对被控量 的影响。 的影响。 ⑤ 调节器的控制规律通常是P、 调节器的控制规律通常是P PI、PD、 PI、PD、PID θ20
Wm(s)
F
Wf(s)
过程控制 Wm(s)
F 第四章
Wf(s)
X
+-
W (s)
c
W0(s)
(a)
Y
X
+-
Y W (s)
c
W0(s)
(b)
Y ( s ) = W f ( s ) F ( s ) + Wm ( s )Wo ( s ) F ( s ) − Wc ( s )Wo ( s )Y ( s )
Y ( s ) W f ( s ) + Wm ( s )Wo ( s ) = F (s) 1 + Wc ( s )Wo ( s )

过程控制系统及其应用PPT课件.

过程控制系统及其应用PPT课件.

第三个阶段最大成就就是大规模集成电路和微 处理器的产生，这大大加速了工业计算机的商 品化和计算机技术的普及和发展。为了满足工 业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全 新的工业控制工具，集散控制系统产生了 （Distributed Control Systems, DCS）。 它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图 形显示技术于一体的计算机系统。而另一方面， 控制理论和其它学科相互渗透，从而形成了以 大系统理论和智能控制理论为代表的所谓第三 代控制理论。
第七节 现场总线技术 一、现场总线技术及其产生的背景 二、现场总线的工作原理 三、现场总线的技术特点 四、几种典型的现场总线
第九章 过程自动化控制系统的应用实例
第一节 恒压供水控制系统 一、概述 二、恒水压控制装置 三、其他方案
第二节 楼宇设备管理和监控系统 一、概述 二、系统的组成及工作原理 三、系统软件 四、系统的特点
过程控制系统及其应用
目录
第一章 过程控制的基本概念
第一节 过程控制的发展概况 第二节 过程控制系统的组成
一、被控对象 二、 传感器和变送器 三、 控制器 四、 执行器 五、 控制阀
第三节 过程控制的分类 一、各种分类方法 二、设定值分类
第四节 生产对过控制的要求和指标 一、生产对过程控制的要求 二、过程控制系统的品质指标
四、执行器
执行器接收控制器的控制信号u，经变换或 放大后推动调节阀。目前的执行器有气动执行 器和电动执行器，如控制器是电动的，而执行 器是气动的，则在控制器与执行器之间要有电 气转换器。如用电动执行器，则控制器输出须 经伺服放大器放大才能驱动执行器以推动调节 阀。
五、调节阀
控制器输出控制信号u，经气动或电动执行 器驱动调节阀，改变输入对象的操纵量q，使 被控量受到控制。

过程控制课件--第六章利用补偿原理提高系统


01
利用补偿原理提高系统可靠性和安 全性
提高系统可靠性和安全性的重要性
提高系统可靠性：减少故障发生率，提高系统稳定性 提高系统安全性：防止数据泄露、病毒攻击等安全威胁 提高系统可用性：确保系统在关键时刻能够正常运行 提高系统可维护性：降低维护成本，提高系统维护效率
利用补偿原理增强系统可靠性和安全性的方法
01
利用补偿原理提高系统性能指标
提高系统性能指标的方法
补偿原理：通过引入补偿器，提高系统的稳定性和准确性 反馈控制：通过反馈信号，调整系统的输出，提高系统的性能 前馈控制：通过预测未来的输入，提前调整系统的输出，提高系统的性能 自适应控制：根据系统的状态和输入，自动调整系统的输出，提高系统的性能
01
利用补偿原理实现系统智能化控制
智能化控制技术的发展现状
智能化控制技 术在工业生产 中的应用越来
越广泛
智能化控制技 术在智能家居、 智能交通等领 域的应用逐渐
普及
智能化控制技 术的发展推动 了人工智能、 大数据等技术
的发展
智能化控制技 术的发展面临 着技术瓶颈和
伦理问题
利用补偿原理实现智能化控制的方法
提高系统的稳定性：通过补偿，可以减少系统的不稳定因素，提高系统的稳定性。 提高系统的准确性：通过补偿，可以减少系统的误差，提高系统的准确性。 提高系统的响应速度：通过补偿，可以加快系统的响应速度，提高系统的效率。 提高系统的抗干扰能力：通过补偿，可以减少系统的干扰，提高系统的抗干扰能力。
补偿原理的实现方式
反馈控制：通过反馈信号来调整系统的输出，以实现对输入信号的补偿 前馈控制：通过预测输入信号的变化，提前调整系统的输出，以实现对输入信号的补偿 自适应控制：通过不断学习和调整系统的参数，以实现对输入信号的补偿 模糊控制：通过模糊逻辑来调整系统的输出，以实现对输入信号的补偿

06第六章 控制系统补偿与综合5 自动控制原理课件


10 8 0 (c)
10 8 9 00 0arc 1 2•1 t.3 aanrc 1 6•1 t.3 aanrc 7.5t•1 a .3 n arc 4• t1 0 a .3n 40 58.1 4 08.9 8 04.2 0 0
对应的伯德图中粉红线所示。由该图可见，补偿后系统
的相位裕度 40 .2400 满足系统设计要求。
0 0.1
0.4
-20
Lc ( )
-40
-60
-40 L ( )
c
lg
1
2
4
10 20 40
100
200 400 1000
c
rad s
-40 L Lc ( )
G c(j )G (j )j2 4 (0 (0 1 j) 1 (0 0 j )0 0 ) 1 , c 6 .3 ra s d
10 8 (0 c ) 10 8 2 • 9 0 0 0 ar0 .c 0• t0 6 .a 3 1 a nr1 c • 6 0 .3 t an r1 • c 6 .3
由图可知未补偿系统的截止频率和相位裕度为开环截止频率1004204020406090180270201004060100020040001db204013根据相位裕度的要求确定超前补偿网络的相位超前角计算38sin38sinlg10lg10据此在未补偿系统的开环对数幅值为db10lg203810174514计算超前补偿网络的转折频率lg20满足系统设计要求
绘制未补偿系统的伯德图,求相位裕量和幅值裕量
G(j)j(0.2j 21)8 .6(0.01 j1)
28 .6
e90 arct0a .2 narct0a .0n1 j
(0.2)21 (0.0 1)21

过程控制课程讲义7


例2 换热器控制系统
+
前馈控制
–
k
Q
1 p
图6.19
2r + PI +

D +
1s 1 2s 1
PI +
阀
换热器
2
–
–
前馈控制 2r + PI
+
–
k
Q
1 p
图6.20
–
D
1s 1 2s 1
例3 实验八
PI
+
阀
换热器
2
–
§6-3 大迟延系统
一.概述
1.大迟延系统的控制是当前研究的热点之一
0 t Td t Td
kp
e e

t Tp t Tp
)dt Tp Td )dt Tp Td
Tp Td , 过补偿， (e
0



若Tp 1 Td 2 完全补偿
多容对象：采用面积相等与最大偏差约束相结合的整定方法 （工程方法） （1）将1，2代入（6-5）式中，得到最大动态偏差时间tp与 1，2 的关系
第六章 利用补偿原理 提高系统控制品质
§6-1 概述
一. 反馈控制的特点
1. 反馈控制是一种具有很强鲁棒性的控制策略. • 过程的性质决定了控制的效果
• 调整参数( , TI , TD)均是过程动态特性的函数
2. 反馈控制本质上是一种误差驱动的控制系统 • 控制策略是根据可测误差来产生控制作用 • 没有动态误差的控制不是反馈控制
•存在问题2:动态不平衡必然引起动态偏差
三.动态前馈控制
1.动态不平衡的物理概念

自动控制原理第六章_控制系统补偿与综合1PPT课件

00.0 42
c 62rads
mcT1T1 2.4 66r0 asd
T0.010S19 6
计算超前补偿网络的转折频率
1a m 2 6.406 3.2 8r5asd 2ma 60 2 .4 6 9.1 4 ra s d
Gc(s)1100..00
分度系数 R1 R2
R2
Gc' (s)
11aTs a 1Ts
aTR1C
时间常数
T R1R2C6 R1 R2
R1
说明：
（1）采用无源超前网络进行串联 ur 校正时，整个系统的开环增益要
下降 倍。
C R2
a
uc
G' (s)11aTs
c
a 1Ts
图6.2 带有隔离放大器的 无源超前校正网络
自动控制原理第六 章_控制系统补偿与
综合1
1、控制对象
尽可能地建立控制对象准确的数学模型。 最初设计阶段，可以对控制对象的数学模型进行适
合的，合理的简化。
2、性能指标
稳态误差指标
位置误差系数K p 速度误差系数 K v 加速度误差系数K a
时域指标 tr, tp ,ts ,
%
经验值：
值通常是这样估计的：如果未补偿系统的开环对数幅频
特性在截止频率处的斜率为-40dB/dec，一般取 5~10
如果为-60dB/dec则取 15~20
14
根据所确定的最大相位超前角 m
按
a 1sinm 1sinm
算出 a的值。
a 计算补偿装置在 m 处的幅值10lg
控制系统的固有部分其特性为已知补偿部分4系统补偿装置的设计方法串联补偿和反馈补偿综合法系统的固有特性一种补偿装置分析和经验验证性能指标选择参数系统的固有特性期望开环系统特性系统的性能指标确定补偿装置的结构和参数62频率响应法串联补偿校正一般而言当控制系统的开环增益增大到满足其静态性能所要求的数值时系统有可能不稳定或者即使能稳定其动态性能一般也不会理想
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25.01.2021
过程控制
5
系统传递函数为：
F 1((ss))G P D (s)G ff(s)G V(s)G P C(s) F
系统对于干扰F实现完全补偿的条件是:
GPD(s) + θ1 Gff(s) Gv(s) Q GPC(s) +
F ( s ) 0 ,而 1 ( s ) 0 ,代 入 上 式 有 ：
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过程控制
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r
主调
节器
副调 节器
给水 扰动
G(s)
D(s)负 扰荷 动
调节阀
管路
锅炉 H
压力变送器
液位变送器
如果直接以负荷的扰动来调节阀门,使给水量总等于负荷量,就能解决 负荷扰动大,控制不及时的缺点.
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过程控制
12
D
ID
开方器
DT
IG*IDIL5.0
Σ IG* QC IG 开方器
r 前馈 设定值 控制器
调节量 μ
对象
前馈控制系统
y 被调量
无论干扰何时出现, 都立即开始校正, 使扰动在影响到被调量之前就被抵 消掉. 从理论上讲, 前馈控制可是实现很完善的控制, 即使是难控过程,其 性能也仅受测量和计算精度的限制．
u = f(r, D1,D2,D3)
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过程控制
干扰多：准确性难以保证过程控制
2
3)反馈控制的特点 ： ✓基于偏差来消除偏差； ✓“不及时”的控制 ； ✓存在稳定性问题； ✓对各种扰动均有校正作用； ✓控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。
问题:
是否可以在偏差产生前 (扰动发生但还未影响到输出量) 就 让调节机构作出反应,通过对干扰进行补偿来抵消其影响,从 而使被控对象不受干扰量的影响.这就是前馈控制(FFC),它 是一种按干扰进行控制的开环控制方式.
设被控对象受到干扰Di(t)的作用，则被调量y(t)的不变性可表示为：
当 D i( t ) 0 时 ， 仍 有 y ( t ) 0 ( i 1 ,2 ,. . . n )
即被调量y(t)与干扰Di(t)独立无关． 在应用不变性原理时,由于各种原因,不可能完全实现上式所规定的y(t)与 Di(t)独立无关，因此就被调量与干扰量之间的不变性程度，提出了几种 不变性．
G P D (s ) G ff(s )G V (s )G P C (s ) 0
Gff
(s) GPD(s) GV(s)GPC(s)
前馈控制的理论基础是不变性原理，或称为扰动补偿理论
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过程控制
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不变性原理:
控制系统的被调量与扰动量绝对无关或在一定准确度下无关，也就是被 调量完全独立或基本独立．
蒸汽 负荷
IＬ
-+
DT
Σ LC
If
给水G 阀
If IGID5.0
h 锅炉
G=f(D, r)
LT
锅炉水位前馈控制系统
允许存在一定的误差, 在工程上容易实现, 而且生产中也不会有绝对不变 性的要求, 所以应用广泛. 如反馈控制从理论上应该属于误差不变性．
(3) 稳态不变性 在干扰Di(t)作用下, 被调量的动态偏差不为零, 而稳态偏差为零, 被调量在 稳态工况下与扰动量无关.
当 D i( t) 0 时 , y ( ) 0 ,e s s r y ( ) 0
(1) 绝对不变性
对象在扰动Di(t)作用下, 被调量y(t)在整个过渡过程中始终保持不变, 调 节过程的动态偏差和稳态偏差均为零.
实际中难以达到：对象的动态特性不可能绝对精确；扰动补偿装置实现 上的困难．
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(2) 误差不变性 准确度有一定限制的不变性．可表示为：
当 D i(t)0 时 ， |y(t)|
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过程控制
3
例1 换热器控制 (用蒸汽Q对物料F进行加热,保持出料口物料温度稳定) 被调量: 换热器出口温度θ1 主要干扰: 换热器的物料量F
方案1----反馈控制
θr
e
Gc(s)
—
F(s)
Gv(s) Q
G(s) θ1
Gm(s)
闭环控制系统方框图
缺点：
对干扰的响应不够及时，总是偏差出现后才开始调节．按偏差大小进行 控制的． e调节阀θ1
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过程控制
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方案2----前馈控制
控制思路：以干扰作用的大小进行控制，干扰出现后马上进行调节．
蒸汽量
F(s)
物料量
Gff(s)
Gv(s) Q
GPD(s) θ1 GPC(s)
前馈控制系统方框图
优点：
对干扰直接进行控制，控制比反馈
及时
F
GPD(s) +θ1
干扰F 调节阀θ1
Gff(s) Gv(s) Q GPC(s) +
(4) 选择不变性
系统中被调量对其中几个主要的干扰实现不变性. 减少了补偿装置, 节省 投资又能达到对主要干扰的不变性．
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§6-2 前馈控制系统
D1 D2 D3
一 基本概念
前馈控制是以不变性原理为 理论基础的一种控制方法.它 把影响过程的主要因素测量 出来, 连同设定值一起, 用来 计算正确的输出,以适应当前 的状态．
9
例3 锅筒锅炉的水位控制
生产过程：给水G经锅炉加热 产生蒸汽输出 被调量: 锅炉水位H,保持恒定
扰动: 负荷(蒸汽D)扰动, 给水扰 动.
控制方案： 1. 串级控制(反馈控制) 2. 前馈控制
锅炉的水位控制系统
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过程控制
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1. 串级空制
r
主调
节器
副调 节器
给水 扰动
G(s)
精品
过程控制课件--第六章利用 补偿原理提高系统
§6-1 概述
1) 反馈控制的优点(PID控制)
①原理简单, 使用方便,不需知道对象的确切模型 ②适应性强 ③鲁棒性强, 控制品质对被控对象特性的变化不敏感
鲁棒性:控制系统在其特性或参数发生变化时仍可使品质指标不变的性能
2) 反馈控制系统的不足 在被控对象呈现大迟延,多干扰等难以控制的特性,而又希望得到较好的 过程响应时,反馈控制难以得到好的效果．(稳定性,准确性,快速性)
D(s)负 扰荷 动
调节阀
管路
锅炉 H
压力变送器
液位变送器
缺点： 1. 对扰动的响应不够及时 2. 如果负荷变化幅度大而且频繁,难以满足要求,水位H波动大． 3. 负荷对水位的影响存在假水位现象,调节过程产生更大动态偏差,调节
过程加长．
假水位: 锅炉蒸汽负荷突然↑,气压↓,水的沸点↓,水汽混合物体积↑,则此 时水位不因蒸发量大于给水量而下降，反而上升．反之一样．