基于模型计算的控制系统的分析和设计.pdf

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1、工程设计及标准石油化J：自动化，2008，6：14AUTOMATIONINPETR()CHEMICAIINDUSTRY基于模型计算的控制系统的分析和设计黄海燕，黎冰(华东理工大学自动化研究所，上海200237)摘要：分析两类基于模型计‘算的控制系统，系统分析和实践表明，基于模型计算测量值的控制系统将计算环节引入反馈回路，会造成系统开环总增益的变化，因此，影响系统稳定性，增大偏离度，使控制系统品质恶化，为此应将计算环节引入到设定通道。基于模型计算设定值的控制系统没有稳定性问题。还讨论了它们在工程设计和实施时的注意事项。关键词：偏离度；数学模型；控制系统分析和设计中图分类

2、号：TP273文献标识码：A文章编号：10077324(2008)06001404TheAnalysisandDesignoftheControlSystemBasedontheModelCalculationHuangHaiyan，LiBing(ResearchInst．ofAutomation，EastChinaUni．ofScienceandTech．，Shanghai，200237，China)糌Abstract：Twotypesofcontrolsystembasedonthemodelcalculationareanalyzed．Theanalysisof

3、systemandpracticeshowthattheopenlooptotalamplificationofthecontrolsystemwherethecontrolledvariablesarecomputedbythemodelwillchangebecausecalculationmoduleisintroducedintothefeedbackloop，thereforesystemstabilityisinfluenced，thevariabilityofcontrolincreasesandthequalityofcontrolsystemwill

4、deteriorate．Tomakeupthisshortage，theapproachisproposedthattheoutputofcalculationmoduleisusedasthesetpointSOthatsystemstabilitydoesnotdecline．Someattentionsofprojectdesignandapplicationarealsodiscussed．Keywords：variability；mathematicalmodel；analysiSanddesignofacontrolsystem1控制系统稳定运行准则控制系

5、统稳定运行是获得优良控制品质的基础。控制系统稳定运行的一个重要指标是偏离度(Variability)，偏离度是被控变量统计特性的描述。控制系统运行过程中，被控变量的分布通常遵循正态分布，如某温度被控变量的分布如图1所示，控制系统被控变量正态分布的均值为a，它的标准差。是控制系统偏离度的度量。根据正态71／℃分布的特性，被控变量落在a±2．58a范围内的概图1被控变量的正态分布率为99，被控变量落在a±1．960范围内的概率为95。被控变量落在a±2o范围内的概率为控制系统稳定运行准则是组成控制系统的开95．5。环总增益在运行条件下保持基本不变。加拿大图2显示某控制系统

6、，其开环总增益变为原值EnTech公司的EnTech增益限制正常范围为的一半及两倍时，控制系统输出的响应曲线。可以看到，随开环总增益的变化，控制系统从阻尼到衰收稿日期：2008一O6—25。减振荡，直到趋于等幅振荡。这说明开环总增益保作者简介：黄海燕(1972)，女，浙江富阳人，现为华东理工大持不变是控制系统稳定运行的基础J。学讲师，在职博士生，主要研究方向是控制理论与模式识别。第6期黄海燕等．基于模型计算的控制系统的分析和设计0．5～2(即所谓4：1)。图1所示就是该增益设限制时系统的输出响应。可见，当开环总增益的变化范围超出该限制时，控制系统将不能稳定运【．．．f

7、．．．．．，．．_一●【l==1．．．．．．．__Ji．．．．．．．．-_j【．．．．．．．．．．__JlJ行，控制系统偏离度将迅速增大，控制品质明显图4质量流量控制系统改进方案恶化。a)由于计算环节2被设置在设定通道，因此，与图3的计算环节1比较，它们是倒数关系。理莨b)质量流量控制系统的主要扰动是温度和压EⅡ*力的变化，因此，图3所示控制系统根据定值控制系统整定控制器参数；而图4控制方案中，主要扰动成为设定值变化，因此，该控制方案应按随动控删制系统整定控制器参数。c)图3控制方案中，设定值Ap是固定的；图4控制方案中，设定值仍是／Xp，但送控制器