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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,單擊此處編輯母版標題樣式,*,上一講內(nèi)容的回憶,了解典型工業(yè)過程的動態(tài)特性類型；,把握簡潔被控過程的機理建模方法；,把握調(diào)整閥“氣開、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇原則；,把握“廣義對象”概念及其動態(tài)特性的典型測試方法。,習(xí)題 爭論,對于如以以下圖的加熱爐溫度把握系統(tǒng)，試,(1)指出該系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動變量與把握目標;,(2)畫出該系統(tǒng)的方塊圖；,(3)選擇把

2、握閥的“氣開-氣關(guān)”形式;,(4)指出該把握系統(tǒng)的“廣義對象”及物理意義。,溫度把握系統(tǒng)方塊圖1,特點,：各環(huán)節(jié)均用實際儀表、設(shè)備或裝置來表示，被控對象用,受控設(shè)備,來表示，不反映操縱變量、干擾對被控變量的影響關(guān)系。,溫度把握系統(tǒng)方塊圖2,特點：承受傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱混合表示，對象用被控過程的動態(tài)特性來表示。,溫度把握系統(tǒng)方塊圖3,特點：對象用被控過程的動態(tài)特性來表示，其中除把握通道外，全部干擾對被控變量的影響只用一個輸出擾動來近似。固然，各環(huán)節(jié)可以只用傳遞函數(shù)來表示。,廣義對象的階躍響應(yīng)測試,“廣義對象”的輸入：u，輸出為Tm。,假設(shè)機理建模有難度，就可承受常用的響應(yīng)測試法.,對象特性的階躍

3、響應(yīng)測試,假設(shè)溫度測量變送器的量程為,200 400,對象特性可用以下一階,+,純滯后來表示,試確定其,K,p,T,p,。,對象特性參數(shù)確實定,假設(shè)溫度測量變送器的量程為,200 400,。,把握性能指標與PID反響把握(PID Feedback Controllers),本講根本要求,把握仿真系統(tǒng)SimuLink的使用方法;,把握單回路把握器“正反作用”的選擇原則；,把握單回路把握系統(tǒng)的常用性能指標；,把握PID把握律的意義及與把握性能的關(guān)系。,仿真系統(tǒng),SimuLink,的使用入門,假設(shè)把握輸入u(t)與干擾輸入d(t)均為階躍信號，要求顯示輸入對被控變量y(t)及其測量z(t)的動態(tài)響應(yīng)

4、。,仿真系統(tǒng),SimuLink,的使用技巧,生疏與把握系統(tǒng)所供給的SimuLink常用模塊，如輸入信號、輸出顯示、傳遞函數(shù)模塊、常用數(shù)學(xué)函數(shù)等；,把握SimuLink運行數(shù)據(jù)與Matlab數(shù)據(jù)平臺的聯(lián)結(jié)，以及Matlab常用的作圖方法；,把握子系統(tǒng)的封裝技術(shù)包括外觀設(shè)計、參數(shù)設(shè)置、注釋等；,把握自定義模塊的運行機制、設(shè)計方法與封裝技術(shù)。,把握器的“正反作用”選擇問題,問題：如何構(gòu)成一個負反響把握系統(tǒng)？,把握器的“正反作用”選擇,定義：當(dāng)被控變量的測量值增大時，把握器的輸出也增大，則該把握器為“正作用”；否則，當(dāng)測量值增大時，把握器輸出反而削減，則該把握器為“反作用”。,選擇要點：使把握回路成為

5、“負反響”系統(tǒng)。選擇方法為：,1假設(shè)檢驗法，先假設(shè)把握器的作用方向，再檢查把握回路能否成為“負反響”系統(tǒng)；,2回路判別法，先畫出把握系統(tǒng)的方塊圖，并確定回路除把握器外的各環(huán)節(jié)作用方向，再確定把握器的正反作用。,回路為負反響的條件：。,把握器的作用方向選擇：假設(shè)檢驗法,依據(jù)把握閥的“氣開氣關(guān)”的選擇原則，該閥應(yīng)選“氣開閥”，即：u Rf.(Why?),假設(shè)溫度把握器為正作用，即：Tm u；則,結(jié)論：該把握器的作用方向不能為正作用，而應(yīng)為反作用.,把握器的作用方向選擇：回路判別法,回路判別法的要點：,1反響回路中負增益環(huán)節(jié)包括比較器數(shù)為奇數(shù)；,2對把握器而言，“正作用”是指Tm u。,把握系統(tǒng)的性

6、能評價,仿真程序見./Simulation/PIDControl/PControlLoop.mdl,爭論：如何評價或比較不同把握系統(tǒng)的性能？,把握系統(tǒng)常用的性能指標,穩(wěn)態(tài)余差：,衰減比：,振蕩周期T,調(diào)整時間 ts,上升時間,t,r,峰值時間,t,p,.,把握系統(tǒng)常用的性能指標續(xù),偏差平方值積分,偏差確定值積分,偏差確定值與,時間乘積的積分,PID 把握器,純比例把握器,把握器增益 Kc或比例度對系統(tǒng)性能的影響：增益 Kc 的增大或比例度下降，使系統(tǒng)的調(diào)整作用增加，但穩(wěn)定性下降當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時，調(diào)整頻率提高、最大偏差下降；,仿真結(jié)果參見,./Simulation/PIDControl/PContr

7、olLoop.mdl,比例增益對把握性能的影響,比例積分把握器,積分時間Ti 對系統(tǒng)性能的影響,引入積分作用的根本目的是為了消退穩(wěn)態(tài)余差，但使把握系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。當(dāng)積分作用過強時即Ti 過小，可能使把握系統(tǒng)不穩(wěn)定。,仿真結(jié)果參見,./Simulation/PIDControl/PILoop.mdl,積分作用對把握性能的影響,抱負的比例積分微分把握器,微分時間Td 對系統(tǒng)性能的影響,微分作用的增加即Td 增大，從理論上講使系統(tǒng)的超前作用增加，穩(wěn)定性得到加強，但對高頻噪聲起放大作用。對于測量噪聲較大的對象，需要引入測量信號的平滑濾波；而微分作用主要適合于特性一階滯后較大的廣義對象，如溫度、成份等

8、。,微分作用對把握性能的影響,問題：把握作用的變化過大，對噪聲敏感，如何抑制？,實際的比例積分微分把握器,其中,A,d,為微分增益,SimuLink 構(gòu)造:,PID把握系統(tǒng)仿真舉例,仿真結(jié)果參見,./Simulation/PIDControl/PIDLoop.mdl,結(jié)論,爭論仿真系統(tǒng)SimuLink的使用方法;,介紹了單回路把握器“正反作用”的選擇原則；,描述了單回路系統(tǒng)的常用性能指標；,通過仿真爭論了PID把握律的意義及與把握性能的關(guān)系。,思考題,對于一般的自衡過程，分析承受純比例把握器存在穩(wěn)態(tài)余差的緣由；,引入積分作用可消退穩(wěn)態(tài)余差的緣由分析，以及為什么引入積分作用會降低閉環(huán)把握系統(tǒng)的穩(wěn)

9、定性？,引入微分作用可提高把握系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但為什么實際工業(yè)過程中應(yīng)用并不多？,如何確定PID參數(shù)？,仿真練習(xí),構(gòu)造具有初始輸出的PID把握模塊；,對以以以下圖所示的系統(tǒng)，假設(shè)穩(wěn)態(tài)時對象的輸入為50，輸出y為20。在10時刻設(shè)定值從20變?yōu)?5，試對不同把握器進展仿真比較。,仿真練習(xí)續(xù),承受純比例把握器，分別在有噪聲和沒有噪聲的狀況下，作出Kc值為5，15和25時y相對于設(shè)定值變化的曲線；,承受Kc=2的PI把握器，Ti分別取2，1，0.5時在有噪聲和沒有噪聲的狀況下作出y相對于設(shè)定值變化的曲線；,承受Kc=2，Ti=0.5的PID把握器，試轉(zhuǎn)變Td和Ad的值并比較在不同取值狀況下以及在不同大小的噪聲干擾下y相對于設(shè)定值變化的曲線。,