第八章复杂控制系统

复杂控制系统

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复杂控制系统
控制系统
01 定义
03 分类
目录
02 简计算环节，控制环节或者其他环节的控制系统。
定义
在单回路控制系统的基础上，再增加计算环节，控制环节或者其他环节的控制系统称为复杂控制系统
简介
随着生产的发展、工艺的革新必然导致对操作条件的要求更加严格，变量间的相关关系更加复杂，为适应生产发展的需要，产生了复杂控制系统。在特定条件下，采用复杂控制系统对提高控制品质，扩大自动化应用范围起着关键性作用。做粗略估计，通常复杂控制系统约占全部控制系统的10%，但是，对生产过程的贡献则达80%
用来解决前后被控量供求矛盾，保证它们的变化不会反应过于剧烈的一种控制方案。
根据扰动或者设定值的变化按补偿原理而工作的控制系统，其特点是当扰动产生以后，被控量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制，以补偿扰动作用对被控变量的影响。
一般而言，通过对一只调节阀的操作便能够实现对一台调节器的输出工作，如果通过一只调节器对两个或者是两个以上的调节阀进行控制，并且是通过对信号的分析根据不同的需求去对不同的阀门进行操作，这种控制方式就是分程控制。分程控制经常应用于DCS系统中，在化工行业获得了较为广泛的应用。在分程控制的作用下，将一个调节器的信号进行分段处理，信号被分为若干段以后，每段信号对应一个执行器进行控制工作，通过执行器的分段连续共同完成一个较为复杂的任务。例如在化工生产中，受到原料的物理或者是化学属性的影响，需要对其进行严密的控制，这就借助于分程控制。例如对于氮气而言，需要利用密封的方式对其进行储存，且氮气的压力需要维持在一定的范围内。在化工生产中，一些材料是通过利用氮气的压力作为动力进行传送的，在对氮气压力的维持下，实现了原料传送的稳定性。

第6章复杂控制规律系统设计(教育研究)

RA 1 (b1 a1 1) a1 b1
例8.3 设数字控制器
D(z)
1
1 z
1，求振铃幅度RA。
解：数字控制器在单位阶跃信号作用下的输出为
U (z)
1 1 z 1
1 1 z 1
1
z 2
z 4
则 RA=u(0)-u(1)=1-0=1
第8章复杂控制规律系统设计
例8.4 设数字控制器 D(z) 1 01.5z，1 求振铃幅度RA。解：数字控制器在单位阶跃信号作用下的输出为
位圆内右半面的零点会加剧振铃现象。由于振铃现象容易损坏系统的执行机构，因此，应设法消除振铃现象。
第8章复杂控制规律系统设计
大林提出了一个消除振铃的简单可行的方法，就是先找出造成振铃现象的因子，然后令该因子中的z=1。这样就相当于取消了该因子产生振铃的可能性。根据终值定理，这样处理后，不会影响输出的稳态值。下面分析被控对象含纯滞后的一阶或二阶惯性环节振铃的消除方法。 (1)被控对象为含有纯滞后的一阶惯性环节
则z→-1，将有严重的振铃现象，令该因子中z=1。
第8章复杂控制规律系统设计
此时消除振铃后的数字控制器为 (1 eT / )(1 eT /1 z 1 )
D(z) k(1 eT /1 )(2 eT / )(1 z 1 )
当N=2时，则有极点
z 1 (1 eT / ) j 1 4(1 eT / ) (1 eT / )2
U(z)
1
1 1 0.5z 1 0.75z 2 0.625z 3
1 0.5z 1 1 z 1
则 RA=u(0)-u(1)=1-0.5=0.5
例8.5 设数字控制器振铃幅度RA。
D(z)

第八章复合控制系统

例：管式加热炉的控制
s.p
出口温度 T1C 炉温
Θ1
Θ2
• 主要干扰为燃料油的组分（或热值）
T2C
燃料量原料
炉出口温度-温度串级控制系统
3.副变量的选择应考虑主、副对象时间常
数的匹配，防止共振的发生
副对象的T应小于主对象的T 4. 副环尽量少包含纯滞后或不包含纯滞后。应将对象的纯滞后部分放到主对象中
主回路：（外回路，主环，外环）
副回路：（内回路，副环，外环）
给定值
F2 主控 - 制器副控制器执行器副测量变送主测量变送副对象
F1 主变量主对象副变量
串级控制系统方块图
二.串级控制系统的工作过程 1.干扰进入副回路 2.干扰作用于主对象 3.干扰同时作用于副回路和主对象
F C
及时克服压力变化引起的流量变化
控制目的：协调液位和流量间的关系
串级均匀控制
串级均匀控制
通过两个参数的控制，制约调和两个参
数的矛盾。
主、副回路都采用低精度快反应的纯比
例控制，通过参数整定实现均匀控制（δ一般较大），要求高精度时可适当加入积分作用。
适用的场合
系统压力波动较大的场合
1.单纯的前馈控制按干扰的大小进行控制—干扰补偿控制
有效控制T或τ较大、干扰大而频繁的对象
静态前馈控制：目的：使被控参数的静态偏差接近于零
前馈控制的控制算法为比例控制，用比值
器或比例控制器均可。
动态前馈控制：动态前馈与静态前馈的控制系统结构是一
样的，只是前馈控制器的控制规律不同。动态前馈要求控制器的输出不仅仅是干扰
（3）可克服反馈环内多个干扰的影响。

教学课件：第八章-DeltaV-串级控制

教学课件：第八章-deltav串级控制
• 引言 • deltav系统概述 • 串级控制原理 • deltav串级控制系统设计 • deltav串级控制系统的应用实例 • deltav串级控制系统的优势与挑战 • 结论
01
引言
主题简介
01
串级控制
串级控制是一种先进的控制系统架构，通过将多个控制器串联在一起，
环境条件，同时保障家庭安全，降低能源消耗。
应用实例三：机器人控制系统
要点一
总结词
要点二
详细描述
deltav串级控制系统在机器人控制领域中具有广泛的应用前景，能够提高机器人的运动性能和自主性。
机器人在执行任务时需要精确、快速的控制，以确保其稳定性和安全性。deltav串级控制系统通过将主控制器和子控制器进行串联，实现对机器人各个关节的精确控制。这种控制方式能够提高机器人的运动性能和自主性，使其在复杂环境中更好地完成任务。同时，deltav串级控制系统还能够降低机器人的能耗，延长其使用寿命。
应用实例二：智能家居系统
总结词
deltav串级控制系统在智能家居领域中发挥着重要作用，为家庭提供舒适、安全和节能的生活环境。
详细描述
智能家居系统需要实现对家庭环境的实时监测和控制，以满足家庭成员的生活需求。 deltav串级控制系统能够将家庭中的各种设备进行有机串联，实现集中控制和智能化管理。通过主控制器和子控制器的协同工作，能够为家庭提供舒适的温度、湿度、光照等
实践操作与案例分析
学习者应通过实践操作和案例分析，加深对DeltaV串级控制系统的理解和应用能力。可以通过实验室或实际工业现场的实践操作，了解系统的实际运行情况和常见问题的解决方法。
关注DeltaV串级控制系统的最新发展

复杂控制系统讲义教案

培训教案复杂控制系统一、教学要求1、教材分析复杂控制系统是“化工过程控制”课程中的重要内容，是化工生产过程控制不可缺少的组成部分。

本章是在单回路控制系统的基础上，对控制系统的进一步引伸。

掌握好本章内容，有助于正确的分析和处理复杂控制系统运行和维护过程中出现的各种问题。

2、教学目的①理解和掌握复杂控制系统的组成原理及特点。

②了解对象特性，提高分析和解决问题的能力。

3、教学重点复杂控制系统的组成、特点及参数的选择。

4、教学难点理解复杂控制系统主要参数的选择、PID参数的选择和控制的稳定性问题。

5、课堂教学方式讲授为主。

二、教学过程及实施1、导入课程先举一个聚合釜温度控制系统的例子。

说明单回路控制系统在化工生产过程中的局限性，必须采用更为先进的控制方案，才能满足要求。

2、讲授新课第一节串级控制系统1、串级控制系统的组成简单的说，串级控制系统就是把两个调节器串接起来，其中前一调节器的输出作为后一调节器的给定。

组成见图1。

图1串级控制系统方块图2、串级控制系统的常用名词主参数：生产工艺过程中主要控制的工艺指标。

在串级调节系统中其主导作用的那个被调参数即为主参数。

副参数：影响主参数的主要变量或是因为满足某种关系的需要而引入的中间变量。

主对象：为生产过程中所要控制的，由主参数表征其主要特性的工艺生产设备。

副对象：生产过程中影响主参数的，由副参数表征其主要特性的工艺生产设备。

主调节器：在系统中起主导作用，按主参数与给定值的偏差而动作，其输出作为副参数给定值的那个调节器。

副调节器：其给定值由主调节器的输出所决定，并按副参数与主调节器的输出的偏差而动作，其输出直接控制调节阀的那个调节器。

副回路：处于串级调节系统内部的，由副参数测量变送、副调节器、调节阀、副对象等组成的内部回路。

主回路：既整个串级调节系统，共包括主调节器，副回路等效环节，主对象及主参数测量变送等部分。

3、串级控制系统的特点①由于副回路的预先调节作用，对进入副回路的干扰有较强的抗干扰能力。

复杂控制系统分析

把副回路看成是一个动态环节，这个环节的
输出为：
若采用单回路控制，在同样条件下采用同样的方法，可以得到它的稳态输出为：
y1（∞）＜ y‘1 （∞），也就是说，串级控制系统的稳态偏差比单回路控制系统的稳态误差要小得多，其原因就在于前者具有一定的自适应能力。
串级控制系统主副回路和主副调节器选择：一、主副回路的选择原则 (1)副回路应该把生产系统中尽量多的干扰、变

(4)前馈控制系统只能用来克服生产过程中主要的、可测的扰动。实际工业生产中使被调量发生变化的原因（扰动）是很多的，对每一种扰动都需要一个独立的前馈控制，这就会使控制系统变得非常复杂；而且有的扰动往往是难于测量的，对于这些扰动就无法实现前馈控制。 (5)前馈控制系统一般只能实现局部补偿而不能保证被调量的完全不变。

(4)动态前馈比静态前馈复杂，参数的整定也比较麻烦。因此，在静态前馈能够满足工艺要求的时候，尽量不采用动态前馈。实际工程中，通常控制通道和扰动通道的惯性时间和纯滞后时间接近，往往采用静态前馈就能获得良好的控制效果。 (5)扰动通道的时间常数远大于控制通道的时间常数，反馈控制已能获得良好的控制性能，只有控制性能要求很高时，才有必要引入前馈控制。 (6)扰动通道的时间常数远远小于控制通道的时间常数，由于扰动的影响十分快速，前馈调节器的输出迅速达到最大或最小，以至难于补偿扰动的影响，这时不宜采用前馈控制。

预估补偿控制
Smith（史密斯）预估补偿是针对具有纯迟延
的过程，在PID反馈控制的基础上，引入预补偿环节，从而使控制品质大大提高的方法。
Smith（史密斯）预估补偿原理
被控变量的闭环传递函数是
扰动作用至被控变量的闭环传递函数是

第八章(提高控制品质的控制系统)

根据信号传递的关系，加热炉对象分为两部分
①. 受热管道，图上标为温度对象1，它的输出变
量为原料油出口温度θ1。
②. 炉膛及燃烧装置，图上标为温度对象2，它的
输出变量为炉膛温度θ2。
θ1 θ2
温度对象1 温度对象2
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第八章提高控制品质的控制系统
干扰的影响
第八章提高控制品质的控制系统
本章主要内容
①. 概述。 ②. 串级控制系统。 ③. 前馈控制系统。 ④. 大纯滞后过程控制系统。
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第八章提高控制品质单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式，在工厂中约占全部自动控制系统的80％左右。
变燃料量，以保持原料油出口温度
f2、f3
的恒定。
f1
模仿这样的人工操作程序就构成了以原料油出口温度为主要被控变量的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统。
采用串级：出口温度主控参数，炉膛温度中间变量。
T2回路克服f2、f3的扰动。T1回路克服f1的扰动。
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θ1
θ2
F2 F1
温度对象1 温度对象2
①. 干扰F2表示燃料油压力、组分等的变化，它通过温度对象2首先
影响炉膛温度θ2，然后再通过温度对象1影响原料油出口温度θ1
②. 干扰F1表示原料油本身的流量、进口温度等的变化，它通过温度
对象1直接影响原料油出口温度θ1。
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复杂控制系统介绍72页PPT

谢谢！
51、天下之事常成于困约，而败于奢靡。——陆游 52、生命不等于是呼吸，生命是活动。——卢梭
53、伟大的事业，需卜生 54、唯书籍不朽。——乔特
复杂控制系统介绍
6、纪律是自由的第一条件。——黑格尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音，集体的动作，集体的表情，集体的信念。 ——马卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律，否则一切都会陷入污泥中。 ——马克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天真而不幼稚，勇敢而鲁莽，倔强而有原则，热情而不冲动，乐观而不盲目。 ——马克思
55、为中华之崛起而读书。 ——周恩来

《常用复杂控制系统》课件

总结词
非线性控制系统是指系统的输出与输入之间存在非线性关系的控制系统。
详细描述
非线性控制系统的行为非常复杂，难以用简单的数学模型描述。常见的非线性控制系统有开关控制系统、非线性比例控制器等。
鲁棒控制系统
总结词
鲁棒控制系统是一种对不确定性具有较强适应能力的控制系统。
详细描述
鲁棒控制系统的设计目标是使系统在存在一定不确定性或扰动的情况下仍能保持稳定和良好的性能。常见的鲁棒控制系统有H∞控制、鲁棒状态反馈等。
网络化
随着物联网和通信技术的进步，复杂控制系统正逐渐实现网络化，能够实现远程监控、数据共享和协同控制等功能，提高系统的可靠性和可维护性。
自适应性
复杂控制系统正朝着自适应性方向发展，能够根据环境和任务的变化自动调整参数和性能，以实现最优的控制效果。
面临的挑战
安全问题
随着复杂控制系统应用的广泛，安全问题日益突出。如何保证系统的安全性和稳定性，防止黑客攻击和数据泄露，已成为亟待解决的问题。
复杂控制系统的重要性
1 2
提高生产效率
通过实现自动化控制和优化，复杂控制系统可以提高生产效率，降低能耗和减少生产成本。
保障安全
在某些高风险领域，如核电站、石油化工等，复杂控制系统可以保障设备和人员的安全。
3
推动科技进步
复杂控制系统的研究和应用需要多学科知识的交叉融合，有助于推动相关领域的科技进步。
协同控制问题
对于多个复杂控制系统组成的系统，如何实现它们之间的协同控制，以保证整个系统的性能最优，是另一个重要的挑战。
实时性问题
复杂控制系统的实时性要求很高，如何保证系统在各种情况下都能够快速响应和稳定运行，是复杂控制系统面临的重要挑战之一。