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硅碳棒系统控制算法分析

    时滞系统的控制一直是一个很有挑战性的难题,而且专家在这方面也进行了大量的研究。总的来说时滞补偿方法可以分为三大类:一是通过最优化控制器参数的补偿方法。这类方法不需要改变控制器的结构,试图寻找更适合的参数来补偿时滞;二是通过优化控制器的结构来实现时滞的补偿,最有代表性的就是Smith预估控制;最后就是采用模糊逻辑控制补偿。本节通过对各种控制方法的理论分析和仿真验证,对各种算法的性能进行分析比较。硅碳棒控制是最早发展起来的控制策略之一,其算法和控制结构都是比较简单,而且十分适应于工程应用背景,迄今为止已经具有几十年的应用经验。直到目前,大多数的工业控制回路仍应用着各种形式的硅碳棒控制算法。究其原因有:该算法蕴涵了动态控制过程中的过去、现在和将来的主要信息,且其配置几乎最优;适应性好,有较强鲁棒性;算法简单明了,有较完整的设计和调整方法,易为工程技术人员所掌握。然而它有一个缺点就是不适用于有硅碳棒的控制对象。硅碳棒控制器是一种基于偏差的“过去、现在和未来”信息估计的有效而简单的控制算法。常规硅碳棒控制系统原理如图2.4所示。图2.4硅碳棒控制器原理图整个系统主要由硅碳棒控制器和广义被控对象(含调节阀和测量仪表)组成。作为一种线性控制器,硅碳棒控制器根据给定值:和实际输出值Y构成控制偏差即:然后对偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量,对被控对象进行控制。由图2.4可得到硅碳棒控制器的理想算法为:其中,Kp,T和乓分别为P.控制器的比例增益·积分时间和微分时间。P.控制器各校正环节的作用如下:①比例环节:及时成比例地反映控制系统的偏差信5e(t),偏差一旦产生,控制器立即产生控制作用,以减小偏差。控制作用的强弱取决于比例系数Kp。缺点是对于具有自平衡能力的被控对象存在静差。增大K,比例控制值将会减小静差,但是K,值过大,会导致系统超调增大,使系统的动态性能变坏。②积分环节:能对误差进行记忆并积分,有利于消除系统的静差。不足之处在于积分作用具有滞后特性,积分作用太强会使控制对象的动态品质变坏,会导致闭环系统的不稳定。③微分环节:能反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减小调节时间。缺点是对干扰信号同样敏感,使系统对干扰的抑制能力降低。硅碳棒控制器参数的工程整定,就使控制器获得最佳参数,即过渡过程要有较好的稳定性与快速性。一般希望调节过程具有较大的衰减比,超调量要小些,调节时间越短越好,没有余差。对于定值控制系统,一般希望有4:1的衰减比即控制过程的响应曲线振荡一个半波就大致稳定。当对象时间常数太大,调整时间太长的时候,可采用10:1衰减比。对于硅碳棒作用的控制器,整定的参数有比例度8,积分时间TI和微分时间TD三个参数。最常用的工程整定方法有[[23,24]经验法、临界比例度法、衰减曲线法和反应曲线法等。临界比例度法是应用较广的一种整定调节器参数的方法,特点是不需要求得被控对象的特性,可以直接在闭环情况下进行参数整定。临界比例度法的整定步骤如下:①取界=二,几-0,比例度占取较大数值(一般可取100%以上),系统按纯比例控制投入运行,稳定后,逐步地减小比例度,在外界输入作用下(给定或干扰的变化)下,观察过程变化情况直到系统不稳定出现幅值不变的振荡为止,记下此时比例度乓和振荡周期TK。它们分别称作为临界比例度和临界振荡周期。②根据乓和乓,按表2.1中所列的经验算式,分别求出3种不同情况下的控制器最佳参数值。③将比例度放到比计算值略大一些的刻度上,然后由大而小将积分作用TI加入;TD由小而大将微分作用加入。④将比例度调到计算值上,观察运行,适当调整,使过渡过程达到指标要求。此法简单明了,容易判断整定质量,因而在生产上应用较多,但是当工艺上被控变量不允许出现振荡的时候则不宜采用。www.sdzygw.com

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