提高新课程理念下

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1、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MotivationandTerminologyofAutomaticProcessControlSafetyFirstManEquipmentEnvironmentTheProfitMotive▪meetingfinalproductspecifications ▪minimizingwasteproduction ▪minimizingenvironme

2、ntalimpact ▪minimizingenergyuse ▪maximizingoverallproductionrate福岛核电站MotivationandTerminologyofAutomaticProcessControlControllersReduceVariability精确需要考虑。。。▪thedirectiontomovethevalve,pump,compressor,heatingelement...  ▪howfartomoveitatthismoment  ▪h

3、owlongtowaitbeforemovingitagain  ▪whetherthereshouldbeadelaybetweenmeasurementandaction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▪Easytoinstallandwire ▪Compatiblewi

4、thexistinginstrumentinterface ▪Lowmaintenance ▪Ruggedandrobust ▪Reliableandlonglasting ▪Sufficientlyaccurateandprecise ▪Fasttorespond(smalltimeconstantanddeadtime) ▪Consistentwithsimilarinstrumentationalreadyintheplant▪LowCost常用的控制方法经典控制理论(20世纪30-

5、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G(s)=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

6、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PID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——线性系统理论线性系统满足齐次性和叠加性分为线性定常系统和线性时变系统描述：状态空间方程—采用状态描述系统动力学行为的数学模型，包含由于输入变

7、量引起系统内部状态发生变化的状态方程；由于系统内部状态变化引起系统输出变量的变化的输出方程。G(s)U(s)Y(s)状态方程x1x2...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转移矩阵：线性定常系统在状态空间中任意时刻t的状态x(t)是通过矩阵指数函数由初始状态的x(t0)在t时间内的转移。能控性：x(t0)x(tf)=0;在有限时间内，可以将系统状态x1控制x2能控性判据：Gram矩阵为非奇异矩阵能观性：U(t)≡0,[t0,tf];y(t)x(t

8、0);在有限时间内，可以测量到输出y(t)线性系统的性质(续)稳定性：李亚普诺夫理论(方程)平衡状态;(系统处在平衡点时，状态对时间的改变率为零)稳定性：系统在平衡状态被扰动后恢复平衡状态的能力两种稳定：李亚普诺夫稳定：状态轨线在某一范围内渐进稳定：t=0以能量的观点解释稳定性稳定：系统受激励后，系统储存的能量逐渐减小，平衡状态时为储存能量的最小值不稳定：系统受激励后，不断从外界吸收能量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