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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章 先进控制系统,第一节 状态反馈控制,在有些系统中，状态变量是可以直接测量的，例如图示系统中，操纵变量是液体流入量,q,，而,h,1,、,h,2,和,h,3,这三个液位信号都可作为状态变量，系统方程是,q,h,1,Q,o,h,2,h,3,R,3,C,3,C,2,R,2,R,1,C,1,写成这样的标准形式,A=,设,h,3,作为输出变量,y,，,则在,y,Cx,式中,为了控制最下面一个贮槽的液位,h,3,，可以有各种方法：,取,y,3,为被控变量，,q,为操纵变量，构成简单控制系统。这个系统是三阶的，过程滞后较大。,取,y,3,为主被控变量，,y,2,或（及）,y,1,为副被控变量，构成液位液位串级控制系统。,在简单控制系统的基础上，在控制器输出端加上来自,h,1,和,h,2,的辅助变量信号。这种引入辅助变量的系统，能与串级控制系统一样及早地发现某些扰动的影响，并使过渡过程的动态指标有所改进。,与第（,3,）种方法相似，我们可以直接取状态变量进行反馈，即取,式中的,K,为反馈矩阵，设令,x,为,n,维，,u,为,m,维，则,K,是一个多维矩阵，,其元素,k,ij,一般为系数，必要时也可包括动态环节。如果某一状态变量,x,不好测得，或其他原因未进行反馈，则,K,矩阵中第,j,列的元素为零。,状态反馈系统的框图见图,C,K,u,x,y,x=,Ax+Bu,设计状态反馈控制系统的关键是决定反馈向量,K,。通常有两种方法：,（,a,）以实现线性二次型最优性能指标为目标求,K,。这一方法最终归结为,Riccati,方程的求解，称线性最优控制。,（,b,）零极点配置方法。它是通过选取状态反馈阵,K,，使闭环系统的特征值满足给定的要求，从而实现期望的闭环响应。,示例：,要求极点：,-2 ,-1+j, -1-j,设计状态反馈求,k,1,k,2,k,3,=,要求,；,第一节 状态反馈控制,一、状态反馈和极点控制,1.,控制系统的描述,状态空间表达式,传递函数矩阵,输入输出差分方程,2.,状态反馈和输出反馈,3.,极点配置,4.,状态反馈矩阵,K,的计算,Ackermann,公式直接计算状态反馈矩阵,控制器规范型系统状态反馈矩阵,K,的计算,二、状态反馈控制系统设计和工程,应用中的问题,1.,消除控制系统的余差,2.,状态变量的获取,3.,闭环极点的确定,第二节 预测控制,一、预测控制的基本特征,1.,基本概念,2.,预测控制的基本算法,预测模型,反馈校正,滚动优化,参考轨线,二、预测控制系统实施时应注意的问题,1.,稳态余差,2.,参数选择,3.,具有时滞或反向特性系统的预测控制,4.,反馈校正和过程病态的消除,5.,约束的表示,6.,输入输出轨迹,三、,预测控制算法,第三节 解耦控制,一、系统关联分析和相对增益,1.,多变量控制系统的关联,2.,相对增益阵列,两个增益,相对增益,相对增益的特点,多输入多输出系统的相对增益阵列,二、解耦控制的设计和工程应用中的问题,1.,解耦控制系统设计原则,2.,减少与解除耦合的途径,3.,串接解耦装置的设计,4.,工程应用中的有关问题,其他控制器的影响,动态耦合的影响,偏置值的设置和解耦装置的简化,第四节 软测量和推断控制,一、软测量技术,1.,软测量技术概述,2.,回归法建模,3.,人工神经网络法建模,4.,模型的校正,5.,示例,二、推断控制系统,1.,推断控制基本原理,信号分离,估计器,E(s,),推断控制器,2.,推断反馈控制,主要被控变量,y,不可测时的推断反馈控制,主要被控变量,y,可测时的推断反馈控制,第五节 自适应控制和鲁棒控制,一、自适应控制系统基本结构和类型,1.,自适应控制系统的基本结构,2.,自适应控制系统的基本类型,3.,过程辨识的实验方法,二、简单自适应控制系统,1.,依据偏差自动调整控制器参数,2.,依据扰动自动调整控制器参数,三、自整定控制器,1.,继电器型自整定控制器,2.,波形识别自整定控制器,四、自校正控制器,1.,自校正控制器的基本结构,2.,最小方差控制器,五、模型参考自适应控制系统,1.,模型参考自适应控制系统的基本结构,2.,参数最优化方法,3.,基于李亚普诺夫稳定性理论的方法,六、鲁棒控制,第六节 时滞补偿控制,一、,Smith,预估补偿控制,1.,Smith,预估补偿控制原理,2.,实施,Smith,预估补偿控制时的注意事项,3.,内模控制,二、其他时滞补偿控制系统,1.,增益自适应补偿控制,2.,观测补偿控制,观测器的基本原理,观测补偿控制系统的分析,实施时的注意事项,3.,预估校正控制系统,控制方案,性能分析,实施中的问题,第七节 智能控制,一、智能控制概述,二、专家系统,1.,专家系统概述,2.,知识表示,3.,推理机制,三、模糊控制,1.,模糊理论基础,隶属函数和模糊集,模糊集运算,2.,模糊控制和模糊控制器的设计,模糊控制器基本结构,模糊控制知识表述,基本模糊控制器的设计,模糊控制器的分析,四、神经网络控制,1.,人工神经元,2.,人工神经网络,3.,人工神经网络在自动化中的应用,第八节 监督控制,一、监督控制概述,二、操作优化控制,1.,操作优化的过程变量确定,目标函数的确定,运行变量,x,的确定,2.,约束条件的确定,3.,优化算法的确定,三、统计过程控制,1.,统计控制图,2.,主元分析和部分最小二乘,主元分析,部分最小二乘,第九节 故障检测诊断和容错控制,一、故障检测诊断的基本概念,1.,基本概念,2.,故障检测和诊断的主要方法,基于动态数学模型的方法,基于知识的方法,二、工况监测控制,三、容错控制,1.,容错控制的意义,2.,几类利用冗余信息的容错控制系统,不设置,FDD,装置的容错控制系统,基于故障检测和诊断的容错控制,第十节 综合自动化,一、综合自动化的意义,整个生产过程实质上是一个数据采集、传递和加工的过程,最后形成的产品可以看作是数据的物质表现,二、综合自动化系统的的特点,递阶系统结构,系统结构集成和信息集成,控制和管理一体化,三、现场总线和现场总线控制系统,现场总线共有八类,现场总线控制系统把控制功能彻底分散,现场总线控制系统软件包括：,现场总线组态软件、维护软件、仿真软件、现场设备管理软件等,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,预测控制基本结构图,返回,返回,返回,返回,预测控制的优点,返回,返回,下一页,下一页,上一页,上一页,返回,返回,返回,返回,返回,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,示例,返回,返回,上一页,下一页,示例,返回,返回,上一页,示例,返回,程序,返回,返回,返回,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,示例,结论,返回,返回,返回,上一页,返回,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,返回,返回,示例,返回,返回,返回,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,返回,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,返回,下一页,返回,上一页,返回,返回,返回,下一页,返回,上一页,返回,下一页,示例,返回,返回,上一页,返回,下一页,返回,上一页,参数估计,返回,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,返回,上一页,下一页,上一页,返回,返回,下一页,返回,上一页,返回,返回,返回,
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