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第十一章 纯滞后补偿控制系统

第十一章 纯滞后补偿控制系统. 主要内容. 问题引出 Smith 补偿器 改进 Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真. 常规 PID 控制系统. 比例积分控制器. 会发生什么情况？. case1 ：. case2 ：. 常规 PID 控制仿真. case1 ：. case2 ：. 怎么办？. 主要内容. 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 改进 Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真. ＋. ＋. ＋. －. ＋. ＋. ＋. －. Smith 预估控制器.

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第十一章 纯滞后补偿控制系统

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Presentation Transcript

  1. 第十一章 纯滞后补偿控制系统

  2. 主要内容 • 问题引出 • Smith 补偿器 • 改进Smith 补偿器 • 内模控制的结构 • 实际内模控制器 • 内模控制仿真

  3. 常规 PID 控制系统 比例积分控制器 会发生什么情况？ case1： case2：

  4. 常规PID控制仿真 case1： case2： 怎么办？

  5. 主要内容 • 问题引出 • Smith 纯滞后补偿器 • 改进Smith 补偿器 • 内模控制的结构 • 实际内模控制器 • 内模控制仿真

  6. ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ － Smith预估控制器

  7. ＋ ＋ ＋ － + + + - + + Smith预估补偿原理 关键是内部模型！

  8. + + + - + + Smith预估补偿原理

  9. + + + - + + Smith预估补偿器

  10. + + + - + + - + Smith预估控制器 PID控制器

  11. 单回路与Smith控制的对比仿真

  12. 仿真：模型一致的情况 Kc= 10 Ti = 1 Kc= 1.1 Ti = 20 单回路PID Smith预估

  13. 对比仿真（续）

  14. 仿真：模型不一致的情况 模型无偏差 模型有偏差

  15. 主要内容 • 问题引出 • Smith 纯滞后补偿器 • 改进Smith 补偿器 • 内模控制的结构 • 实际内模控制器 • 内模控制仿真

  16. + + + - + + 改进的Smith预估控制器 理想Smith预估器 改进Smith预估器

  17. 主要内容 • 问题引出 • Smith 纯滞后补偿器 • 改进Smith 补偿器 • 内模控制的结构 • 实际内模控制器 • 内模控制仿真

  18. 如何构成的？ 基本内模控制结构 内模控制器 不是PID控制器

  19. 内模控制器 情况I ：[R(s) = 0, D(s) = 幅值为1的阶跃干扰 ]

  20. 内模控制器 情况II ：[D(s) = 0, R(s) ≠ 0]

  21. 内模控制的闭环传递函数 由基本的内模控制结构图，可得：

  22. 主要内容 • 问题引出 • Smith 纯滞后补偿器 • 改进Smith 补偿器 • 内模控制的结构 • 实际内模控制器 • 内模控制仿真

  23. 实际内模控制器 控制器是内模的逆！ 是否可以实现？ 分子阶次比分母高 纯超前环节 结论：理想控制器不可实现！

  24. 实际内模控制器 控制器是内模的逆！ 是否可以实现？ 如果为负， 不稳定控制器 分子阶次比分母高 结论：理想控制器不可实现！

  25. 实际内模控制器 根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。 首先将内部模型分为静态部分和动态部分： 控制器动态近似为模型动态的逆！ 用计算机很容易实现！ 如何实现近似？

  26. 实际内模控制器 将模型的动态部分进行因式分解： 不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零点 可逆部分，剩余的环节 实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即

  27. 实际内模控制器 怎么办？ 分子阶次比分母高 加入一个静态增益为1的低通滤波器f

  28. 实际内模控制器 设为希望的闭环函数 使分母的阶次不小于 分子的阶次

  29. 主要内容 • 问题引出 • Smith 纯滞后补偿器 • 改进Smith 补偿器 • 内模控制的结构 • 实际内模控制器 • 内模控制仿真

  30. 内模控制仿真1

  31. 内模控制仿真1（续）

  32. 内模控制仿真2

  33. 内模控制仿真2（续） Tf ＝ 1 Tf ＝ 4 Tf ＝ 10 Tf ＝ 20

  34. 完全的内模控制结构

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