非线性环节在控制系统中的应用

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1、非线性环节在控制系统中的应用邱宣振’郭苑(1．中国石化集团上海工程有限公司，上海200120；2．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)口讨论控制系统中存在的非线性，分析非线性的影响，并论述非线性补偿在控制系统中的应用。函非线性环节；控制系统分析和设计；稳定性中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1008．455X(2010)03—0043．03ApplicationofNonlinearPropertiesinControlSystemQiuXuanzhenGuoYuan(1．S1N

2、OPECShanghaiEngineeringCo．，LtdShanghai，200120；2．HarbinInstituteofTechnologyHarbin，150001)Abstract：Inthisarticle，thenonlinearpropertiesexistedincontrolsystemwerediscussed，andtheaffectsofnonlinearpropertieswereanalyzed．Then，theapplicationofnonlinearcomp

3、ensationincontrolsystemwasdescribed．Keywords：nonlinearblock；analysisanddesignofcontrolsystem；stability1前言的二大环节。非线性补偿在流量精确测量、节能降耗、节能控制系统的非线性存在于检测变送环节、控制减排和稳定调节系统中理论结合实际而发挥的作用器、执行器和被控对象等位置。日益明显，被各方面重视，本文逐一探讨。检测变送环节的非线性特性由检测变送环节造2控制系统中要线性处理的非线性成。在计算机控制装置

4、中，检测变送环节的输人信控制系统中存在各种非线性特性。对非线性特号需进行非线性补偿，才能够使反馈通道的输出与性不严重的情况，常常将它线性化处理。例如，在输入成线性关系。工作点处作该非线性曲线的切线，用该切线的特性此外，引入非线性环节也会使控制系统出现非代替非线性曲线的特性。这种非线性处理方法只适线性特性。例如，采用除法器对两个流体流量进行用于小的工作范围，非线性不严重的场合。比值运算而引入非线性。集散控制系统中，比值控如果非线性比较严重，或者因负荷变化范围大，制系统的实施已不采用相除方案，避免引入

5、这类非使工作点的变化范围大，则不同工作点处切线的斜线性特性。率不同，为适应不同负载的应用要求，就需要对非控制阀有线性、等百分比和快开等固有流量特线性特性进行补偿。性。当压降比变化时，固有流量特性会发生畸变。加工造成的非线性，节流装置孔板等因加工偏采用阀门定位器改变控制阀流量特性时，在其副环差，造成精度低于理论计算值。在流量标定时呈非的反馈回路也引入非线性。线性曲线，这亦是影响仪表精度的一个重要因素。被控对象的非线性特性由被控对象的特性造成。此外，控制系统本身存在非线性，这是构成非线性例如，pH控制

6、系统中，溶液的pH值与所加的酸或碱量之间呈现非线性特性。这种非线性特性以pH等收稿日期：2010-03—15于7为中心，呈现点对称的非线性特性。作者简介：邱宣振(1939一)，男，教授级高级工程师。主要从事自控制器的非线性特性是由于采用非线性控制规动化控制设计工作。律。需用的非线性控制规律有位式控制规律。位式Tel：13817911376E—maiL：qiuxz@keyontechs．corrl控制的执行器是开关式器件，因此，这类控制也称控制阀的流量特性表示控制阀输出变量与输入开关控制。变量的关系

7、。其输入变量是控制器输出信号，其输集散控制系统中，对数字PID控制算法进行改出变量是操纵变量。因此，控制阀流量特性是控制进，积分分离控制规律就是非线性控制规律。阀环节的增益随输入信号变化的轨线。非线性特性会影响控制回路的稳定运行。控制传统补偿方法是采用控制阀流量特性补偿被控系统稳定运行准则是在扰动或设定变化时，控制系对象非线性特性。这种补偿方法的缺点如下：统静态稳定运行条件是控制系统各环节增益之积基(1)补偿后开环总增益仍不能保持常数。由于本不变；控制系统动态稳定运行条件是控制系统总控制阀流量特性

8、类型有限，加上不同压降比使流量开环传递函数的模基本不变。特性畸变，因此，开环总增益与某一常数之间存在系统中的非线性特性使控制系统的开环增益变偏离，偏离的程度与控制系统的控制品质有关。偏化，或使开环传递函数的模变化，从而影响控制系离程度越小，控制系统的控制品质越好，适应负荷统的稳定运行。变化的适应性越强。3控制系统稳定运行准则(2)采用阀门定位器进行补偿，即在反馈回路控制系统稳定运行是获得优良控制品质的基础。用非线性凸轮进行补偿。由于副环回路开环总增益控制系统稳定运行的一个重要指标是