大纯滞后过程的采样控制及其工程实现中的若干问题

过程控制系统课程设计题目之十三大纯滞后过程特性Smith 预估控制对于一个大纯滞后过程特性的对象：s PC e s s s G 10)12)(3(1)(-++=，试设计一个Smith 预估控制系统，并用SIMULINK 和MATLAB 程序仿真实现。

当系统设定值R(s)为1时，调整PI 参数，使过渡过程尽可能满意。

（假设检测变送环节的传递函数为1）；比较在预估模型有偏差时，在相同的输入条件下，与预估模型无偏差情况的仿真结果；如果系统有扰动信号F(s)为单位阶跃信号或SINS 信号时，比较系统的仿真结果；如有可能，再试设计一种改进的Smith 预估器。

实验报告要求： 1、供系统仿真图；2、按照题目要求，给出每个实验的仿真结果图；3、根据以上仿真结果，分析)(s G PC 有滞后与无滞后情况下，PI 参数整定的特点。

大纯滞后过程特性Smith预估控制摘要：Matlab 是一套高性能的数值计算和可视化软件。

它集数值分析、矩阵计算、信号分析与图形显示为一体，构成的一个方便的、界面友好的用户环境。

历经二十几年的发展和竞争，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。

Matlab 最突出的特点就是简洁、它用直观的、符合人们思维习惯的代码、代替C 语言和FORTRAN 语言的冗长代码。

为此，Matlab 获得了对应用学科的极强适应力。

在国内外高校、Matlab 已成为大学生，硕士生、博士生必须掌握的基本技能。

在设计研究学位和工业部门，Matlab 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。

Matlab 软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。

利用Matlab 这个最优秀的科技软件，把计算机技术与信号分析紧密地结合起来，对信号进行分析处理仿真研究，经实例验证，取得了非常好的效果，具有一定的实用价值。

本文控制系统为研究主体，提出一种Smith 预估控制算法，通过设计自适应非线性反馈回路来自适应调节参数，从而满足对象参数大幅度变化的要求。

第1章 过程控制系统概述习题与思考题1.1 什么是过程控制系统，它有那些特点？1.2 过程控制的目的有那些？1.3 过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有那些分类方法？1.4 图1.11是一反应器温度控制系统示意图。

A 、B 两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器的温度保持不变。

试画出该温度控制系统的方框图，并指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数变化的扰动有哪些？1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。

汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。

水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备；而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。

因此，必须对汽包水位进行严格控制。

图1.12是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：1）画出该控制系统方框图。

2）指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数各是什么。

3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。

V-1图1.12 锅炉汽包水位控制示意图1.6 评价过程控制系统的衰减振荡过渡过程的品质指标有那些？有那些因素影响这些指标？1.7 为什么说研究过程控制系统的动态特性比研究其静态特性更意义？1.8 某反应器工艺规定操作温度为800 10℃。

为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。

现运行的温度控制系统在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1.13所示。

1）分别求出稳态误差、衰减比和过渡过程时间。

2）说明此温度控制系统是否已满足工艺要求。

T/℃图1.13 某反应器温度控制系统过渡过程曲线1.9 简述过程控制技术的发展。

1.10 过程控制系统与运动控制系统有何区别？过程控制的任务是什么？设计过程 控制系统时应注意哪些问题？第3章 过程执行器习题与思考题3.1 试简述气动和电动执行机构的特点。

3.2 调节阀的结构形式有哪些？3.3 阀门定位器有何作用？3.4 调节阀的理想流量特性有哪些？实际工作时特性有何变化？3.5 已知阀的最大流量min v q =50m 3，可调范围R=30。

面向复杂纯滞后系统的智能控制系统研究。

引言在化工和热工的工业过程控制中，物料或能量的传输和变送延迟会导致控制对象具有纯滞后性。

这种纯滞后性常因控制系统输出的超量导致目标系统控制指标产生超调或振荡。

因此，纯滞后系统的控制过程相对复杂。

典型的纯滞后系统有液晶玻璃窑炉⑴的复杂多点加热及恒温控制系统、硅溶胶反应釜的温度控制系统⑵以及注塑控制系统里的温控系统［3］。

随着产能需求的增加，为了提升玻璃、硅溶胶、树脂等物料的加工量，原本原料的单通道流入变成双通道甚至多通道，并同步增加了加工腔体的容量和温控能力。

规模化生产企业里多套加工设备的生产能力不同，会按照设备各自设置的温控指标以及原料注入流量进行非持续生产。

多台设备还需要保证一致特性的合料。

因此，传统基于可编程逻辑控制器(PrOgrammabIelogiCContrOller, PLC)和各种比例积分微分(PrOPC)rtional integral differential, PID)算法的面向单设备的电气控制系统，将无法很好地满足这类快速、大规模的复杂纯滞后系统的应用要求。

具体问题表现为：①为了实现自适应控制算法(如改进PID),采用神经网络⑷或者模糊算法［5-6］,但主流控制器件PLC作复杂运算的能力不足；②由于不同厂家的硬件专有性和封闭性，使得扩展和程序移植都比较困难［力；⑨PlD调参需要较复杂的过程，无法快速同步设备的工作状态［8］,包括控制指标下达以及控制参数的调整，给生产过程管理带来困难。

利用软PLC的控制系统设计［9］无法从根本上解决不同PLC之间不兼容、不能快速替换的问题，而基于工业物联网应用技术可以快速实现数据的分布式运算与集中控制口O-11］。

通过创新性结合工业大数据应用技术［12］,本文提出了1种通用的、面向大规模复杂纯滞后系统的云端联合智能控制系统，并在其基础上给出了具体的应用验证结果。

1复杂纯滞后系统结构单输入型纯滞后控制对象工作过程通常是单口投料，通过流量测量变送，经可控制阀门进入加工腔体。

3科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008NO .27SC I ENCE &TECH NO LOG Y I NFOR M A TI O N 学术论坛在工业生产过程中,被控对象往往不同程度的存在着纯滞后。

由于纯滞后的存在,使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动,即使测量信号达到调节器,调节机构接受调节信号立即动作,也需要经过纯滞后时间t 以后,才波及被控量,使之受到控制。

因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和较长的调节时间。

所以,具有纯滞后的过程被公认为是较难控制的过程,其难控制程度将随着纯滞后t 占整个过程动态的份额的增加而增加。

一般认为纯滞后时间t 与过程的时间常数T 之比大于0.3则说明该过程是具有大迟延的工艺过程。

当t /T 增加,过程的相位滞后增加,使上述现象突出,可能引起系统的不稳定,被调量超过安全线,从而严重影响生产过程的控制品质及危及人身安全。

因此滞后系统的控制一直受到人们的关注,成为重要的研究课题之一。

1常规控制方法目前,对于大滞后的过程有很多解决的方法。

最简单的是利用常规调节器适应性强、调节方便的特点,经过仔细地调整,在控制要求不太苛刻的条件下,满足生产过程的要求。

1.1PI D 控制方案图1所示的是PI D 控制方案,微分环节的输入是对偏差做了比例积分运算后的值。

因此,实际上微分环节不能真正起到对被控参数变化速度进行校正的目的,克服动态超调的作用是有限的,该方案给定和扰动的闭环传递函数分别为:(1)滞后系统的控制方法蔡文镇(福建理工学校福州350002)摘要:本文对滞后系统的控制方法进行了研究。

首先介绍了几种常规控制方法的优越性及局限性,进而提出了为了满足高控制精度的采样控制和预测控制两种方法。

关键词:滞后控制PI D 中图分类号:TB 4文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2008)09(c )-0223-02(2)1.2微分先行控制方案微分作用的特点是能够按被控参数变化速度的大小来校正被控参数的偏差,它对克服超调现象能起很大作用。

《过程控制系统》习题解答1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。

答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点：1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点：1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统2、计算机系统开始运用于过程控制3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制）4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点：1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用4、集散控制系统的广泛应用第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点：1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。

1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点为什么说过程控制的控制过程多属慢过程过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。

一、连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。

若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。

一、实验目的1. 理解大林控制算法的基本原理及其设计过程。

2. 掌握大林控制算法在计算机控制系统中的应用。

3. 通过实验验证大林控制算法在解决纯滞后系统控制问题上的有效性。

二、实验原理大林控制算法（Dahlin Control Algorithm）是一种针对具有纯滞后特性的控制对象而设计的新型控制算法。

该算法的核心思想是将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟形式，然后通过反向设计得到满足这种闭环响应的控制器。

对于具有纯滞后特性的被控对象，其传递函数可以表示为：\[ G(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]其中，\( K \) 为系统增益，\( T_s \) 为采样周期，\( T \) 为纯滞后时间。

大林控制算法要求选择闭环传递函数 \( W(s) \) 时，采用相当于连续一阶惯性环节的 \( W(s) \) 来代替最少拍多项式。

如果对象有纯滞后，则 \( W(s) \) 应包含有同样的纯滞后环节。

带有纯滞后的控制系统闭环传递函数为：\[ W(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]根据大林控制算法，可以设计出满足期望闭环响应的数字控制器 \( D(z) \)：\[ D(z) = \frac{K_1 e^{-\frac{1}{T}}}{(1 - e^{-\frac{1}{T_1}}) (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})} \cdot \frac{1}{[1 - e^{-\frac{1}{T_1}} (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})] (1 - e^{-\frac{1}{T} z^{-1}})} \]其中，\( K_1 \)、\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 为大林算法的参数。

三、实验仪器1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 启动MATLAB软件，创建一个新的脚本文件。

大纯滞后在对象控制方法应用研究摘要：针对一般工业过程中存在的大纯滞后问题，提出了一种克服大纯滞后的预测控制方法。

利用递推最小二乘法进行参数估计，获得对象的一阶简化模型,提出了一种Smith预估神经元控制器设计方法，再用构建的神经网络预测模型预测出未来相应时刻的系统输出，然后用该输出来调整当前时刻的控制量，从而达到预期的控制目的,仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：神经网络；预测控制；大纯滞后0 前言一般工业过程中都具有非线性大纯滞后的特点，特别是滞后较大(即额定滞后S/T>0.5)的系统,常规控制往往无能为力。

采用Smith控制是解决对象大纯滞后问题的有效方法，但它需要建立对象的精确的数学模型，而且鲁棒性和抗干扰能力较差，面向对象的神经元模型及其学习算法具有算法简单、适应性好等优点，但是对于大纯滞后过程，由于被控量的偏差不能及时反映控制量的变化影响了神经元的控制效果。

预测控制是上世纪70年代兴起的一种新控制算法，在工业上已被广泛应用，其主要思想是：在当前时刻，基于过程的动态模型预测未来一定时域内每个采样周期（或按一定间隔）的过程输出，即可以根据当前的输入预测未来多个时刻的输出，从而根据控制要求调整下一时刻的控制量，有利于对纯滞后系统的控制，将预测函数控制应用于大纯滞后温度控制系统，减少了稳态静差，但超调量偏大，要有一种具有自补偿功能的非线性预测反馈校正法，提高了系统的鲁棒性，但该方法限于纯滞后时间已知的情况下，对于纯滞后参数未知或者改变的情况未加讨论。

根据上述情况提出一种用神经网络辨识系统的滞后时间参数，用预测控制算法实现对大纯滞后对象的控制方法。

其中预测模型是用神经网络逼近被控的动态对象而建立的，从而无需知道系统的精确数学模型。

1 神经元模型及控制系统1.1神经元模型针对将神经网络直观套用于自动控制中存在的局限性,提出了一种面向控制的神经元模型它的输出u(t)可以表示为u(t)=K∑wi(t) xi(t) (1)式中：K>0，为神经元的比例系数；xi(t)为神经元的n个输入状态；wi(t)为相应于xi(t)的加权值；wi(t)由某种学习算法确定。

大纯滞后过程特性Smith预估控制摘要：Matlab 是一套高性能的数值计算和可视化软件。

它集数值分析、矩阵计算、信号分析与图形显示为一体，构成的一个方便的、界面友好的用户环境。

历经二十几年的发展和竞争，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。

Matlab 最突出的特点就是简洁、它用直观的、符合人们思维习惯的代码、代替 C 语言和 FORTRAN 语言的冗长代码。

为此，Matlab 获得了对应用学科的极强适应力。

在国内外高校、Matlab 已成为大学生，硕士生、博士生必须掌握的基本技能。

在设计研究学位和工业部门，Matlab 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。

Matlab 软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。

利用Matlab 这个最优秀的科技软件，把计算机技术与信号分析紧密地结合起来，对信号进行分析处理仿真研究，经实例验证，取得了非常好的效果，具有一定的实用价值。

本文控制系统为研究主体，提出一种 Smith 预估控制算法，通过设计自适应非线性反馈回路来自适应调节参数，从而满足对象参数大幅度变化的要求。

关键词：Matlab；纯滞后；Smith 预估控制器；SimulinkPure time-delay system control algorithm of SmithAbstract：Matlab is a software.of high performance of numerical calculation and visualization It get numerical analysis, calculation and signal analysis and graphic display together, constitute a convenient, interface, user friendly environment. After 20 years of development and competition, has become internationally recognized the best technology application software. The most prominent feature of Matlab is concise, it use the people's thinking and habits of the visual code, instead of C language and FORTRAN language lengthy code.So, Matlab acquire the subject of application for science. Matlab,has become acollege students’, masters’ or doctors’ basic skills which must be grasp of both at home and abroad ,. In the design research degree and industrial department, Matlab has become the research and solve specific engineering problems are a standard software. Matlab software widely used in digital signal analysis, system identification, timing analysis and modeling, neural network, dynamic simulation, etc in a wide range of applications. The best use of Matlab software technology, computer technology and signal analysis closely together, the signal analysis simulation, and achieved very good results since it has certain practical value. This control system as a main body of research, and put forward a kind of Smith prediction control algorithm, and adapt to adjust the parameter through the design adaptive nonlinear feedback loop, and meet the requirements of an object parameter changes greatly.(1)由(3)(1)由 (3)(4)(5)②具有纯滞后环节对控制效果的影响4滞后时间为10，PI参数保持不变，阶跃输入信号可见使用整定的控制器无法正常工作。

第一章测试1.机电一体化是在机械主功能、动力功能、信息功能和控制功能的基础上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总成。

（）A:对B:错答案:A2.机电一体化的执行机构部分是根据控制信息和指令，驱动对象完成要求的动作。

是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。

（）A:错B:对答案:B3.机电一体化系统的组成包括机械本体、动力与驱动部分、执行机构、___和控制及信息处理等5部分。

答案:4.机电一体化技术的理论基础包括系统论、信息论和___。

答案:5.机械传动系统在机电一体化系统（产品）中的基本功能和作用是什么？答案:第二章测试1.所谓传递函数，就是输出信号的拉普拉斯变换除以输入信号的拉普拉斯变换。

（）A:对B:错答案:B2.微分方程与传递函数二者之间（）。

A:没有关系B:既可以互相转换，也具有一一对应关系C:不可以相互转换D:不具有一一对应关系答案:B3.求所示电路网络的传递函数。

答案:4.图为是弹簧－质量－阻尼器机械位移系统，试列写质量m在外力F (s)作用下位移Y(s)的传递函数。

答案:5.简化如图所示方框图，求传递函数。

答案:第三章测试1.传感器一般由三部分组成，其中包括（）。

A:敏感元件B:传感器的接口C:软件技术D:转换元件E:测量电路答案:ADE2.下列传感器的特性指标中属于静态特性的是（）。

A:重复性B:动态灵敏度C:频率响应D:过渡时间答案:A3.电感式传感器是将非电量转换为线圈（）的变化的一种装置。

A:漏感B:自感和互感C:自感D:互感答案:B4.涡流传感器根据（）可分为高频反射式和低频透射式两大类。

A:激励电流的大小B:激励频率高低C:激励是直流还是交流D:激励电压的大小答案:B5.差动变压器式电感传感器是把被测位移量转换成（）的变化装置，通过这一转换从而获得相应的电压输出。

A:RC调谐振荡B:线圈自感C:LC调谐振荡D:线圈互感答案:D6.变面积型电容式传感器大多用来检测（）。

第一章1.1 计算机控制系统是怎么样分类的？按功能和控制规律可各分几类？答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。

按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。

（2）直接数字控制（简记为DDC）。

（3）监督控制（简记为SCC）。

（4）分级控制。

（5）集散控制。

（6）计算机控制网络。

按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。

（2）比例积分微分控制（简称PID控制）。

（3）有限拍控制。

（4）复杂规律控制。

（5）智能控制。

1.2 计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。

答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。

方框图：P115 图1.21 输出反馈计算机控制系统1.9 简述采样定理及其含义。

答：采样定理：如果采样角频率ωω=2π/T大于2ωmax，即ωω≥2ωmax，则采样的离散信号ω∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)。

式中ωmax是连续信号y(t)的频谱特性中的最高角频率。

含义：要使采样信号ω∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)，必须正确选择采样角频率，使ωω≥2ωmax1.10 多路巡回检测时，采样时间τ，采样周期T和通道数N之间的关系。

答：采样时间是足够短的时间，y(kT)≈y(kT+?t),0<?t<ωω。

应满足 T≥Nωω。

1.12 设有模拟信号(0～5)V 和(2.5～5)V ，分别用8位、10位和12位A/D 转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。

答：量化单位q=ωωωω∗−ωωωω∗2ω−1≈ωωωω∗−ωωωω∗2ω,量化误差ε=q /2根据以上公式可求得(0~5)V ：(2.5~5)V ：1.14 试述数模转换器的作用？如何选择转换器的位数？答：数模转换器把数字量u(kT)转换成离散的模拟量ω∗(t)。

转换的精度取决模-数转换器的位数n ，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。

目录1．引言 (3)1.1 概述 (3)1.2 毕业设计（论文）的主要内容 (3)2．Smith预估器的理论知识 (4)2.1 Smith预估器的模拟补偿控制原理 (4)2.2 数字Smith预估系统 (5)3．数字PID控制器 (7)3.1 序言 (7)3.2 模拟PID控制器 (7)3.3 数字PID控制器 (7)3.4 PID控制参数的整定 (10)3.4.1 绪论 (10)3.4.2 采样周期T的选取。

(10)3.4.3 PID控制参数的整定方法 (10)4．数字Smith 预估器 (12)4.1 介绍数字PID控制算法的几种发展 (12)4.1.1 积分分离的PID算式 (12)4.1.2带有死区的PID控制算式 (12)4.1.3微分先行的PID控制算式 (13)4.1.4 时间最优PID控制 (13)4.2 数字Smith预估器的计算机实现 (14)4.3 数字Smith预估控制算式的推导 (15)5．软、硬件设计及调试.................................................................................. 错误!未定义书签。

5.1 硬件设计部分.................................................................................. 错误!未定义书签。

5．1．1设计接线图.........................................................................错误!未定义书签。

5.1.2 控制参数的计算....................................................................错误!未定义书签。

5.2 软件设计部分..................................................................................错误!未定义书签。

第6章 思考题与习题1．基本练习题（1）与单回路控制系统相比，串级控制系统有什么结构特点？ 答：串级控制系统在结构上增加了一个测量变送器和一个调节器，形成了两个闭合回路，其中一个称为副回路，一个称为主回路。

由于副回路的存在，使得控制效果得到了显著的改善。

（2）前馈控制与反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈控制系统能改善控制品质？答：前馈控制的特点：开环控制、比反馈控制及时、可以作为专用调节器。

反馈控制的特点：属于闭环控制、可以抑制干扰对被控对象的影响、能够使被控参数稳定在设定值上保证系统的较高控制质量。

采用前馈－反馈控制系统能改善控制品质是因为该复合控制系统一方面利用前馈控制制及时有效的减少干扰对被控参数的影响；另一方面则利用反馈控制使参数稳定在设定值上，从而保证系统有较高的控制质量。

（3）前馈控制系统有哪些典型结构形式？什么是静态前馈和动态前馈？答：静态前馈：是指前馈补偿器的静态特性，是由干扰通道的静态放大系数和控制通道的静态放大系数的比值所决定的，它的作用是使被控参数的静态偏差接近或等于零，而不考虑其动态偏差。

动态前馈：必须根据过程干扰通道和控制通道的动态特性加以确定，鉴于动态补偿器的结构复杂，只有当工艺要求控制质量特别高时才需要采用动态前馈补偿控制方案。

（4）单纯前馈控制在生产过程控制中为什么很少采用？ 答：因为前馈控制做不到对干扰的完全补偿：1）前馈控制只能抑制可测不可控的干扰对被控参数的影响。

对不可测的干扰则无法实现前馈控制；2）在实际生产过程中，影响被控参数变化的干扰因素是很多的，不可能对每一个干扰设计和应用一套前馈补偿器；3）前馈补偿器的数学模型是由过程的动特性()F G s 和0()G s 决定的，而()F G s 和0()G s 的精确模型是很难得到的；即使能够精确得到，由其确定的补偿器在物理上有时也是很难实现的。

（5）简述前馈控制系统的选用原则和前馈控制系统的设计。

答：1）前馈控制系统的选用原则为：a）当系统中存在变化频率高、幅值大、可测而不可控的干扰、反馈控制又难以克服其影响、工艺生产对被控参数的要求又十分严格时，为了改善和提高系统的控制品质，可以考虑引入前馈控制。

计算机控制技术复习资料教学内容计算机控制技术部分答案1.1 什么叫微型计算机控制系统？微型计算机在微型计算机控制系统中起哪些作⽤？解：微型计算机控制是集控制⼯程、微型计算机技术、电⼦技术、传感与检测技术、通信技术等多门学科于⼀体的综合型学科，具有很强的理论性和实践性。

1.2 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的硬件结构特征表现在哪些⽅⾯？解：表现在系统控制器由微型计算机担当，系统参数分析和驱动量值计算等均由微型计算机运⾏程序完成。

1.3 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的功能特征表现在哪些⽅⾯？解：1）以软件代替硬件 2）数据保存 3）显⽰设备、⽅法与内容 4）多系统互联1.4 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的时限特征表现在哪些⽅⾯？解：“实时”，即指在规定的时间内完成规定的任务。

（1）实时数据采集；（2）实时决策运算；（3）实时控制输出。

1.5 与模拟控制系统相⽐微型计算机控制系统的⼯作⽅式特征表现在哪些⽅⾯？解：控制器在控制系统中的⼯作⽅式有在线、离线两种。

微型计算机在线⼯作⽅式：微型计算机在控制系统中直接参与控制或交换信息。

微型计算机离线⼯作⽅式：微型计算机不直接参与对被控对象的控制（或不直接与被控对象交换信息，⽽是仅将有关的控制信息记录或打印出来，再由⼈来联系，按照微机提供的信息完成相应的操作控制。

1.8微型计算机控制系统硬件结构⼀般由哪⼏部分组成？各部分相互关系如何？解：（1）⼯业⽣产过程；（2）过程通道；（3）接⼝；（4）主机（核⼼内容—控制程序）（5）⼈机交互通道与操作控制台。

关系：过程通道处于⼯业⽣产过程和主机接⼝之间，担负着⽣产过程与主机交换信息的任务，接⼝处于过程通道与主机之间，起着信息传递的作⽤。

主机起着决策作⽤，可由操作控制台控制。

1.11 微型计算机DDC系统由哪⼏部分构成？试述其基本⼯作原理，解：基本⼯作原理：微型计算机根据决策算法计算出的驱动量直接⽤于调节⽣产过程中的被控参数3.1 ⽤于过程通道接⼝的电路有何结构特征？解：它必须深⼊到过程通道内部对过程通道中各⼦环节，如多路转换、可编程放⼤、采样/保持、A/D 转换、D/A转换等进⾏关系上、功能上、时间上等的有序控制。

工业过程先进控制及应用-控制理论与工程的发展-----------------------作者：-----------------------日期：过程控制中的若干问题一、控制理论发展1.40-50年代经典控制理论传递函数为基础,在频率域对单输入单输出SISO控制系统分析与设计的理论20世纪40年代开始形成的控制理论被称为“20世纪上半叶三大伟绩之一”最辉煌的成果之一PID控制根轨迹Evans频率特性Nyquist Bode随动控制 定值控制定量分析困难定性分析相当有用2. 60年代现代控制理论状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划方法等最优控制理论为特证，而以采用卡尔曼滤波器的随机干扰下的线性二次型系统宣告了时域方法的完成。

研究多输入多输出系统在航天、航空、导制等领域取得了辉煌的成果对复杂工业过程却显得无能为力,主要原因：要有精确过程数学模型建精确过程数学模型难点：机理复杂非线性与分布参数时变性不确定性多变量之间耦合信息不完全性IFAC----系统辨识与参数估计 (1965年以来每三年一次)现代工业过程建模主要特征：•模型的层次性。

系统结构为递阶结构型，为此过程建模将围绕着结构逐层进行，各层模型之间通过信息通道相互联系。

•模型的多时标性。

模型的各层次时标快慢亦是不同的，每一层次兼有两种状态，相对于下层快时标系统它是离散事件变量，相对于上层慢时标系统，它可视为连续时间变量。

•信息的多样性。

信息是语言，文字，图形，符号,图象，数字等多媒体信息集成。

建模方法：机理建模；经验建模；智能建模（神经网络建模、知识模型、模糊模型、逻辑关系模型等）。

3.七十年代开始逐步发展形成了大系统理论大系统理论是现代控制理论和系统理论相结合，其核心思想是系统的分解与协调，多级递阶优化与控制。

大系统理论仍未突破现代控制理论的基本思想与框架，除了高维线性系统之外，它对其它复杂系统仍然束手无策。

对于含有大量不确定性和难于建模的复杂系统，基于知识的专家系统、模糊控制、人工神经网络控制、学习控制和基于信息论的智能控制等应运而生，它们在许多领域都得到了广泛的应用。

大滞后温度系统的控制方法研究
大滞后温度系统通常指系统响应具有较大延迟时间的控制系统,常见于工业过程控制、气象预报等领域。

针对大滞后温度系统的控制方法,以下是一些可能的研究方向:
1. 大滞后温度系统的建模与分析方法:大滞后温度系统中,由于系统响应具有延迟时间,因此传统的建模方法如卡尔曼滤波、粒子滤波等可能无法有效地捕捉系统中的延迟信息。

因此,需要进行更加有效的建模方法,如基于模型不确定性的建模方法、基于模型演化的建模方法等。

2. 大滞后温度系统的控制策略:针对大滞后温度系统,常见的控制策略包括自适应控制、基于模糊逻辑的控制、基于反馈控制等。

这些控制策略可以有效地抑制系统的延迟时间,提高系统的响应速度。

3. 大滞后温度系统的优化控制方法:针对大滞后温度系统,需要采用一些优化方法,如最小二乘法、遗传算法、粒子群优化等,来优化控制策略的参数,提高系统的控制性能和稳定性。

4. 大滞后温度系统中的控制效果评估方法:大滞后温度系统中
的控制效果评估方法需要考虑到系统延迟时间和模型不确定性等因素,因此可能无法得到理想的评估结果。

因此,需要探索更加有效的评估方法,如基于误差限的评估方法、基于模型不确定性的评估方法等。

大滞后温度系统的控制方法研究需要结合系统建模、控制策略、优化方法和评估方法等多个方面,以进一步提高系统的控制性能和稳定性。