HG第八章复杂控制系统
第8章思考题和习题解答
第八章变电所二次回路和自动装置8-1 变电所二次回路按功能分为哪几部分各部分的作用是什么答：变电所二次回路按功能分为断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路、自动控制回路及操作电源回路等。
①断路器控制回路的主要功能是对断路器进行通、断操作，当线路发生短路故障时，相应继电保护动作，接通断路器控制回路中的跳闸回路，使断路器跳闸，起动信号回路发出声响和灯光信号。
②信号回路是用来指示一次电路设备运行状态的二次回路。
信号按用途分，有断路器位置信号、事故信号和预告信号。
③保护回路是用来对变电所设备进行保护。
④监视和测量回路是用来对变电所各线路进行监视和测量，以满足电气设备安全运行的需要。
⑤自动控制回路是用来实现自动重合闸和备用电源自动投入。
⑥操作电源回路是用来提供断路器控制回路、信号回路、保护回路、监测回路、自动控制回路等所需的电源。
8-2 二次回路图主要有哪些内容各有何特点答：二次回路图主要有二次回路原理图、二次回路展开图、二次回路安装接线图。
①二次回路原理图主要是用来表示继电保护、断路器控制、信号等回路的工作原理，在该图中一、二次回路画在一起，继电器线圈和其触点画在一起，有利于叙述工作原理，但由于导线交叉太多，它的应用受到一定的限制。
②二次回路展开图将二次回路中的交流回路与直流回路分开来画。
交流回路又分为电流回路和电压回路，直流回路又有直流操作回路与信号回路，在展开图中继电器线圈和触点分别画在相应的回路，用规定的图形和文字符号表示。
③二次回路安装接线图画出了二次回路中各设备的安装位置及控制电缆和二次回路的连接方式，是现场施工安装、维护必不可少的图纸。
8-3 操作电源有哪几种，直流操作电源又有哪几种各有何特点答：二次回路的操作电源主要有直流操作电源和交流操作电源两类，直流操作电源有蓄电池和硅整流直流电源两种。
蓄电池主要有铅酸蓄电池和镉镍蓄电池两种。
①铅酸蓄电池具有一定危险性和污染性，需要专门的蓄电池室放置，投资大。
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)
第八章新型控制系统
第八章 新型控制系统
以状态空间法为基础的现代控制理论，从20世纪60年 代初期发展以来，已取得很大进展。从单变量系统发展 到多输入—多输出系统的分析和设计，对自动控制技术 的发展起到了积极的推动作用。
随着科学技术和生产的迅速发展，对大型、复杂和不确 定性系统实行自动控制的要求不断提高，使得现代控制 理论的局限性日益明显。
研究的主要问题：在于设计一个稳定的、具有较高性
能的自适应机构的自适应算法。
20
第一节 自适应控制系统
三、直接优化目标函数的自适应控制系统
图8-3 直接优化目标函数的 自适应控制系统
该系统选择某个指定的 目标函数为
J E fy t, ,u t,
对上述目标函数求极小，可采用随机逼近法找到可调 参数向量η，使系统的对象参数发生变化时，仍可运行在 最佳状态。这是一种更为直接、概括性更强的设计方案。
Model Reference Adaptive Control 简称MRAC
1958年MIT的Whitaker教授提出了MRAC的原型，模 型参考自适应控制系统（MRACS）包含内外两个环路 ：内环由控制器和对象组成一般的反馈回路，外环用 于整定控制器的参数。
MRACS的一个重要问题就是自适应机制的确定，自适 应机制通常有基于稳定性理论的设计和基于局部参数 最优化的设计两大类：前者主要的理论依据有 Lyapunov稳定性理论、Popov超稳定性理论等等；后 者的主导思想则可以概括为系统中包含有若干个可调 参数，当对象特性发生变化时，自适应机构对这些可 控制器调参数进行调整，使得由模型和对象间的误差 所引起的性能指标趋于最小 。
26
第二节 预测控制
一、预测控制的基本结构 主要由四部分组成，预测模型、反馈校正、滚动优
复杂控制系统解析PPT学习教案
11
第二节 均匀控制系统
当系统中具有两个相互关联的参数，其中 任意一个参数的稳定必然导致另一个参数 的大幅度变化，而工艺上需要两者兼顾时， 可采用均匀控制。
均匀控制的目标：
两个参数都是变化的，且变化缓慢；
两个参数的变化范围都要尽可能小。
第11页/共19页
2021/5/13
3. 注意主、副回路的时间匹配，防止“共振” 4. 尽量使副回路包含较少的滞后时间。
第9页/共19页
2021/5/13
10
控制规律与正反作用
2021/5/13
控制规律 主回路：无余差——PI、PID控制 副回路：快速反应——纯P控制。
正反作用 主回路：根据主、副变量的关系确定正反作 用； 副回路：根据系统安全性确定正反作用。 如考虑运行中切除副回路，则副控制器应选 用反作用。 设定值加大相当于输入信号减小。
具有一定的自适应能力。可应用于负荷和 操作条件变化较大的场合。
❖ 自适应：自动调整设定值，以保证系统整 体具有较好的控制质量。第8页/共19页202 Nhomakorabea/5/13
9
串级控制系统中副回路的确定
1. 主、副回路应有一定的内在联系 2. 副回路应尽可能多地包含干扰因素
主要干扰应包含在副回路中；
在可能条件下，使副回路包含较多的次要干 扰。
12
均匀控制方案
简单均匀控制
采用简单控制系统，选择适宜的控制参数，降 低单个参数的控制精度。
减小放大倍数，延长积分时间，不用微分控制。
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。 串级均匀控制的主、副回路一般都采用低精度
快反应的纯比例控制。要求高精度时可适当加入积分作用。
8第七章 复杂控制系统3
教学难点：
选择性控制系统的控制方案；分程控制系统的应用 场合。
第五节 选择性控制系统
一、基本概念
通常自动控制系统只能在生产工艺处于正常情况下进 行工作。 当生产操作达到安全极限时，控制系统应有一种应变 能力，能采取相应的保护措施，促使生产操作离开安全极 限，返回到正常情况，或者使生产暂时停止下来，以防事 故的发生或进一步扩大。 属于生产保护性措施有两类：硬保护措施和软保护措 施。
为了防止脱火现象的产生，在锅炉燃烧系统中采用了如 图7-32所示的蒸汽压力与燃料气压力的自动选择性控制系统。
图中采用了一台低选 器(LS)，通过它选择蒸汽 压力控制器 P1C 与燃料气 压力控制器 P2C 之一的输 出送往设置在燃料气管线 上的控制阀。
图7-32 辅助锅炉压力取代控制方案
本系统的方框图如图7-33所示。
在气动和电动Ⅱ型仪表中有专门的限幅器 (高值限幅器和低值限幅 器)，在电动Ⅲ型仪表中则有专门设计的限幅型控制器。采用这种专用 控制器后就不会出现积分饱和的问题。
(2) 积分切除法 这种方法是当控制器处于开环工作状态时， 就将控制器的积分作用切除掉，这样就不会使控制器输出 一直增大到最大值或一直减小到最小值，当然也就不会产 生积分饱和问题了。
例如，锅炉产汽压力为10MPa，是高压蒸汽，而生产上需要的是压力平稳的4MPa的 中压蒸汽。为此，需要通过节流减压的方法将10MPa的高压蒸汽节流减压成4MPa的中压 蒸汽。在选择控制阀的口径时，为了适应大负荷下蒸汽供应量的需要，控制阀的口径就 要选择得很大。然而，在正常情况下，蒸汽量却不需要这么大，这就得要将阀关小。也 就是说，正常情况下控制阀只在小开度下工作。而大阀在小开度下工作时，除了阀特性 会发生畸变外，还容易产生噪音和振荡，这样就会使控制效果变差，控制质量降低。为 解决这一矛盾，可采用两台控制阀，构成分程控制方案，如图7-38所示。