第二篇8-13章

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1、过程控制系统及工程信息学院自动化系：孙洪程Email:Sunhc@mail.buct.edu.cn第8章非线性控制系统第二篇先进控制系统非线性控制系统8.1线性过程的非线性控制8.2非线性过程的非线性控制8.3位式控制第8章教学进程8.1线性过程的非线性控制过程本身是非线性的，引入非线性单元或规律用以补偿。两类非线性控制系统：过程是线性的，为了满足某种特殊要求而引入的非线性控制规律；8.1线性过程的非线性控制液位的非线性控制8.1.1（1）实现均匀控制采用带不灵敏区的非线性控制规律不灵敏区内，控制器增益比较小，即对偏差

2、不灵敏。液位偏差在不灵敏区小范围波动时，控制器输出变化很小，控制阀动作很小液位有小波动，流量也有小的波动——均匀控制系统的组成可采用单回路或串级结构P190图8-2（A）、（B）③不灵敏区内以PV代替SP，因此，不灵敏区成为“死区”，不灵敏区外，和B型一样液位的非线性控制8.1.1（2）非线性控制器类型①PI、PID型，不灵敏区内只是增益K发生变化——A型②PI型，K和Ti同时起作用——B型①作为液位均匀控制器，其不灵敏区以外的控制作用要大些，迅速拉回到不灵敏区内；②不灵敏区的宽度要略小于工艺允许波动范围，使得液位超出

3、不灵敏区后有一定的控制过程③不灵敏区内的KC的大小与不灵敏区宽度综合考虑参数整定要注意的问题：液位的非线性控制8.1.1液位的非线性控制8.1.1B型的控制效果好些图8-3采用选择性控制系统实现非线性的均匀控制LC><正作用正作用高位继动器低位继动器正作用高选器低选器Fi气开Fo液位的非线性控制8.1.1液位的非线性控制还可采用变增益的非线性控制器。是：控制器的增益或积分时间与输入偏差以一定关系连续地变化，例如控制器的增益KC及积分时间Ti与液位偏差以一个指数关系连续地变化，同时增益和积分时间之间为使系统ζ值恒定，保证

4、Ti、KC恒定。偏差与KC、Ti间的关系可用下式表示：线性过程的其它非线性控制8.1.2变结构控制（VSS）逻辑单元根据系统的要求和特点，选择运算规律开关元件运算单元执行装置过程逻辑单元输出uK1GA()2S×TPK2Ti/s√()()2+1-1upePė输入偏差线性过程的其它非线性控制8.1.2VSS采用计算机实现容易，简单的可以采用仪表的一些计算单元完成图8-5一个简单的变结构控制器对于高阶系统的控制效果好于一般PID控制器开关PI过程8.2非线性过程的非线性控制pH控制的非线性控制8.2.1有些非线性

5、特性严重的过程，必须采用非线性控制典型的非线性过程图8-9在PH值为7附近非线性畸变严重，斜率非常大，普通PID控制器难于控制PH控制在工业应用很多，如污水处理过程C试剂/升溶液pH1110987654350403020100（1）带不灵敏区的非线性控制在PH=7附近实施不灵敏区的控制作用关键：不灵敏区的宽度、不灵敏区内的增益，参数整定时试凑（2）自适应PH值控制PH值变化曲线，会由于在废水中添加了弱酸或碱，有所改变pH控制的非线性控制8.2.1108642108642012345012345pH控制的非线性控制8.2

6、.1引如自适应控制器，感测系统的响应，判别系统的控制状态非线性控制器自适应控制器不灵敏区宽度ph到控制阀pH控制的非线性控制8.2.1非线性控制器，根据PH控制系统的响应，输出信号去设定非线性控制器的不灵敏区的宽度除此之外，PH值还可以采用智能控制（实际上也是非线性控制）反应器的非线性控制8.2.2图8-14间歇反应器反应温度控制非线性串级控制器，变增益非线性控制器25（1+b

7、eM

8、）KSeMeSTJTRTR给定主控制器×副过程主过程－－图8-158.3位式控制位式控制的改进及其发展8.3.1较为古老的控制方式，继电

9、器型控制，输出不连续控制信号缺点：产生不衰减的振荡环（1）一般的改善方法合理选择中间区，或采用多位式控制，以减小振荡的幅值。位式控制的改进及其发展8.3.1ė（2）控制作用的改进脉冲宽度调制，输出变成一系列的方波，方波宽度受输入偏差的调制，提高方波变化的频率，接近连续控制，可消除振荡。时间比例式——脉冲输出的平均值与偏差e成正比T2>T1e-c图8-16控制特性近似为PID（3）带模型反馈的位式控制双位式控制器、模型和被控设备，控制器与模型组成反馈回路位式控制的改进及其发展8.3.1uR_c图8-19使用模型的开关控制

10、Bang-Bang控制8.3.2属于一种最优控制，时间最优控制，可以通过最优控制理论进行推导关键：开关时间的计算（1）手动Bang-Bang控制操作人员根据开关时间计算公式求出切换时间，手动控制阀门（2）自动Bang-Bang控制快速调节器Bang-Bang控制8.3.2通过状态反馈，得到开关函数，决定控制作用，以实现时间最优控制