控制系统及现代控制理论

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,2012/4/9,#,控制系统及现代控制理论,2012,年,4,月,9,日小组报告，会议室,内容提要,控制系统,控制目标,控制系统组成,控制理论,经典控制理论及其计算机实现,现代控制系统基础,Motivation and Terminology of Automatic Process Control,Safety First,Man,Equipment,Environment,The Profit Motive, meeting final product specifications minimizing waste production minimizing environmental impact minimizing energy use maximizing overall production rate,福岛核电站,Motivation and Terminology of Automatic Process Control,Controllers Reduce Variability,精确,需要考虑。, the direction to move the valve, pump, compressor, heating element. how far to move it at this moment how long to wait before moving it again whether there should be a delay between measurement and action,控制系统的组成,组成,传感器,控制器,控制对象,最终控制对象,(FCE,),过程变量,测量过程变量信号,设置点,控制器输出,操作变量,干扰,要求,变量唯一且可测且可以转换为电信号,FCE,可接收控制信号,FCE,按照控制信号产生预期变化,控制量：,On/off,中间变量,:PI/PID,系统设计时的考虑, Easy to install and wire Compatible with existing instrument interface Low maintenance Rugged and robust Reliable and long lasting Sufficiently accurate and precise Fast to respond (small time constant and dead time) Consistent with similar instrumentation already in the plant, Low Cost,常用的控制方法,经典控制理论,(20,世纪,30-50,年代,),超前，滞后设计。,PID,系列的设计,如何数字化实现,？,现代控制理论,（,20,世纪,50-70,年代）,线性控制,(,非线性控制,),最优控制理论,系统辨识,自适应控制,大系统控制理论和智能控制理论（,20,世纪,60,年代,-,）,自适应控制,鲁棒控制,模糊控制,人工智能与神经网络,预测控制,滑模控制,经典控制理论,线性系统,拉普拉斯变换,稳定性判据,S,，,Z,根轨迹判定,控制,迟滞，超前，,PID,最少,拍。,模拟方式实现，数字方式实现,连续控制器的离散化方法,D(s),D(z),1.,双线性变换法,2.,前向差分法,3.,后向差分法,AD,控制,DA,数字控制器的连续化设计,步骤,根据控制理论设计连续控制器,系统辨识,-,控制方程,Simulink,仿真,选择合理的采样频率（,15-,50,）,fc,）,将,D(s),离散化为,D(z),设计由计算机实现的控制算法,校验,AD,采样,保持,数字控制器,与连续控制相同,DA,零阶保持器,滤波器,利用计算机实现控制算法,以,PID,控制器为例,模拟,PID,控制器,数字,P,ID,控制器,数字,PID,控制器改进,积分分离，抗积分饱和、,现代控制理论,线性系统理论,G(s),U(s),Y(s),状态方程,x1,x2,.,.,.,xn,输出方程,传递函数描述法,状态空间方程描述法,现代控制理论,线性系统理论,线性系统的性质,(,续,),反馈控制系统的结构,状态反馈系统,要求状态变量可以测量,包含控制系统的完整信息，控制结果满意,可以保持能控性，不一定能保持能观性,B,u,x,C,y,A,K,+,v,反馈控制系统的结构,输出反馈系统,输出变量容易测量,不能完整包含系统的信息，,B,u,x,C,y,A,H,+,v,控制结果可能不满意,可以保持原系统的能观性和能控性,