【精品课件】自动控制方法大综述
智能控制方法的应用及发展综述..
智能控制方法的应用及发展综述
1 智能控制的产生
1。1智能控制产生的背景
早期的自动控制基本上是解决简单对象的控制问题，人们追求研制完全自动运行不用人参与的自治系统。随着控制对象的日益复杂，系统所处的环境因素、控制性能要求都列入了控制系统设计的考虑范围，已有的自动控制方法与技术受到了某种程度的挑战，尤其在学习控制研究与机器人控制方面，矛盾日渐突出，迫切需要为自动控制学科注入新的活力，智能控制正是在这样的背景下产生。
1。2智能控制的产生及发展
智能控制思想最早是由美国普渡大学的傅京孙教授于60年代中期提出的，他在1965年发表的论文中率先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习系统,这篇开创性论文为自动控制迈向智能化揭开了崭新的一页。接着,Mendel于1966年在空间飞行器的学习控制中应用了人工智能技术，并提出了“人工智能控制”的新概念；同年，Leondes和Mendel首次使用了“智能控制(Intelligent Control)"一词,并把记忆、目标分解等技术用于学习控制系统;这些反映了智能控制思想的早期萌芽，常被称为智能控制的孕育期。
70年代关于智能控制的研究是对60年代这一思想雏形的进一步深化,是智能控制的诞生和形成期。1971年，傅京孙发表了重要论文，提出了智能控制就是人工智能与自动控制的交叉的“二元论”思想，列举三种智能控制系统：人作为控制器、人机结合作为控制器、自主机器人；1974年,英国的Mamdani教授首次成功地将模糊逻辑用于蒸汽机控制，开创了模糊控制的新方向；1977年，Saridis的专著出版,并于1979年发表了综述文章、，全面地论述了从反馈控制到最优控制、随机控制及至自适应控制、自组织控制、学习控制，最终向智能控制发展的过程，提出了智能控制是人工智能、运筹学、自动控制相交叉的“三元论”思想及分级递阶的智能控制系统框架。
《热工过程自动控制技术》课件第二
d
dt
1
e
Td
de dt
WPD (s)
(s)
E(s)
1 TDs 1
1
(1 Td
s)
河南城建学院 建筑环境与能源工程系
2020/2/26
热工过程自动控制技术
控制器的动态特性7
• 4.比例积分微分(PID)控制器
▪ (1)理想PID控制器：
• ①动态方程：
edt (e
0
Ti
t
edt)
0
▪
(2)传递函数：WPI
(s)
(s)
E(s)
1
(1
1 )
Ti s
▪ (3)阶跃响应曲线：
▪ (4)整定参数： δ、Ti 。 积分时间Ti ：控制器的输出为比例作用所造成的
变化加倍所需要的时间。
河南城建学院 建筑环境与能源工程系
2020/2/26
热工过程自动控制技术
器、比例积分微分控制器组成的控制系统，在阶跃扰动
作用下其被控量的变化过程曲线的比较。
综上所述，比例控制作用是最基本的控制作用，而
积分和微分作用为辅助控制作用。比例作用贯彻于整个 控制过程之中，积分作用则体现在控制过程的后期，用 以消除静态偏差，微分作用则体现在控制过程的初期， 用以减小动态偏差，克服迟延和惯性的影响。
自动控制原理概述
第一节 自动控制与自动控制系统
3．复合控制
反馈控制： 在外部作用下，由系统被 控制量的变化产生调节和控制作用。
前馈补偿控制： 测量出外部作用，形 成与外部作用相反的控制量与外部作用共 同使被控量基本不受影响。 复合控制： 前馈补偿控制 + 反馈控制
复合控制具有两种基本形式.
精品课件
第一节 自动控制与自动控制系统
自自在现动动无代控控人科制制直学：系接技统参术与中受下的控，对利象用: 控机 生工航制器产业天装、过控器置设程制操备等纵、 受 号控变自对化动了象规控广，律制泛使去技 的受 变术 应控 化得 用控对 。到制象装的置被: 控家控 测机量用制元器按电器件人给器、等定检信
自自自动动动控控制制原给的理定特值的征主：要任务：
精品课件
第一节 自动控制与自动控制系统
例 水温自动控制系统
系 节统阀通控中门过制增的电器加开机了度调：
控制器
从电而机调节
蒸工汽作流原入理，：控
加 制入水给的定温信度号.
检 实 接测现参实没入际有的温人自度直动 产 水生温控控制制信. 号
精品课件
第一节 自动控制与自动控制系统
要使自动控制系统满足工程实际的需 要 , 必须研究自动控制控系制器统的结构参数与 系统性能之间的关系。
为了方便地分析系统性能，一般用
框图来表示系统的结构，水温自动控制系
智能控制技术综述
智能控制技术综述
智能控制技术的发展在当今科技领域中扮演着重要的角色。这项技术结合了人工智能、机器学习和自动化控制等领域的知识，在各个行业中起到了革命性的作用。本文将对智能控制技术的应用范围、发展历程以及未来趋势进行综述。
一、智能控制技术的应用范围
智能控制技术广泛应用于工业、交通、医疗、农业等各个领域。在工业领域，智能控制技术可以实现生产线的自动化控制，提高生产效率和质量。在交通领域，智能控制技术可以应用于智能交通系统，优化车流量和交通安全。在医疗领域，智能控制技术可以辅助医生进行诊断和手术，提高医疗水平。在农业领域，智能控制技术可以实现智能化种植和养殖，提高农产品的产量和质量。
二、智能控制技术的发展历程
智能控制技术的发展可以追溯到上世纪50年代。最早的智能控制系统是基于传统的控制理论和算法，但对于复杂的问题和大规模系统而言，传统方法存在局限性。随着人工智能和机器学习的兴起，智能控制技术逐渐引入了神经网络、遗传算法和模糊逻辑等方法，提高了控制系统的性能。近年来，深度学习和强化学习等新技术的出现，使得智能控制技术在实际应用中取得了巨大的突破。
三、智能控制技术的未来趋势
未来，智能控制技术将朝着以下几个方向发展：
1. 多模态智能控制：随着物联网的发展，智能控制系统将与传感器、无线通信等技术相结合，实现多源信息的融合和分析，从而更好地适
应复杂环境和任务需求。
2. 自适应智能控制：智能控制系统将具备自适应能力，能够根据环
境变化和系统需求进行自主调整和优化，提高控制系统的灵活性和鲁
棒性。
3. 协同智能控制：智能控制系统将能够实现多个智能设备之间的协
自动控制理论的发展及其应用综述
自动控制理论的发展及其应用综述
黄佳彬3120101224
20世纪40年代，控制论这门学科开始发展，其标志为维纳于1948年出版7自动控制学科史上的名著《控制论，或动物和机器的控制和通信XCybernetics, or control and conunuiiication ill the animal and machine ）。控制论思想的提出为现代科学研究提供了新的思想和方法，同时书中的一些新颖的思想和观点吸引了无数学者，令其在自己研究的领域引进控制论。随着研究队伍的庞大，控制论形成了多个分支，其中主要的儿个分支有生物控制论，工程控制论，军事控制论，社会、经济控制论，自然控制论。这里我们主要对工程控制论进行研究。
1.自动控制理论的发展
工程控制论的概念最早山钱学森引入，当时有两种控制理论思想，一种基于时间域微分方程，另一种基于系统的频率特性。这两种思想即为经典控制理论, 主要研究的是单输入-单输出的控制系统，同时利用分析法与实验验证法这两种方法对某个控制系统进行数学建模，山此可以获得系统各元部件之间的信号传递关系的形象表示。
由于经典控制理论的建立基于传递函数和频率特性，是对系统的外部描述。同时经典控制理论主要研究单输入单输出系统，无法解决现实工程应用中多输入多输出系统的问题，而且经典控制理论只对线性时不变系统进行讨论，存在不少的局限性，由此，现代控制理论逐渐发展起来。
现代控制理论是从线性代数的理论研究上得来的，本质是“时域法”，即基于状态空间模型在时域对系统进行分析和设计，并且引入“状态”这一概念，用“状态变量”和“状态方程”描述系统，以此来反应系统的内在本质和特性。现代控制理论研究的内容主要有三方面：多变量线性系统理论、最优控制理论以及最优估计与系统辨识理论，这些研究从理论上解决了许多复杂的系统控制问题, 但是随着发展，实际生产系统的规模越来越大，控制对象、控制器、控制任务和LI的也更为复杂，导致现代控制理论的成果并未有在实际中很好的应用。
自动控制原理课件1(梅晓榕)
根轨迹分析技术. •1946年依万斯(Evens):根轨迹分析技术. 1946年依万斯(Evens):根轨迹分析技术 1946 •从理论上提供了从系统的微分方程式模型研究问题的一 从理论上提供了从系统的微分方程式模型研究问题的一 从理论上提供了从系统的微分方程式模型研究问题 个简单而有效的方法。 个简单而有效的方法。 •建立在奈奎斯特判据及依万斯根轨迹法上的理论,目前通 建立在奈奎斯特判据及依万斯根轨迹法上的理论 建立在奈奎斯特判据及依万斯根轨迹法上的理论, 称为经典控制理论 经典控制理论。 称为经典控制理论。
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School of Information Science & Engineering
经典理论的局限性： 经典理论的局限性： 第一: 第一: 限于线性定常系统 ( 时不变系统 ): 第二: 第二: 限于单输入单输出系统 ( 标量系统 ): 第三: 设计或综合系统时要用试探法, 第三: 设计或综合系统时要用试探法,不能一次得出满意 的结果。 的结果。
实际水平
作业、 作业、答疑环节
教学过程方框图
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School of Information Science & Engineering
学习方法
CAI教学 CAI教学 课前预习； 课前预习； 课后复习； 课后复习； 阅读参考书籍； 阅读参考书籍； 认真听讲，认真完成作业。 认真听讲，认真完成作业。 笔记， 笔记，例题
先进控制技术的主要控制方法综述
先进控制技术的主要控制方法综述
在现代工业生产中，控制技术是至关重要的一环。先进控制技术作为
一种高级的控制方法，被广泛应用于化工、电力、制造业等领域。它
通过引入先进的控制算法和技术手段，不仅可以提高系统的响应速度
和稳定性，还可以降低生产成本，提高生产效率。本文将围绕先进控
制技术的主要控制方法展开综述，以便读者更全面地了解这一领域。
1. 模型预测控制（MPC）
模型预测控制是一种基于数学模型的先进控制方法。其核心思想是利
用系统的数学模型对未来的发展进行预测，并基于预测结果制定控制
方案。MPC广泛应用于化工、石油、电力等行业中，通过对系统动态特性进行建模和预测，可以实现快速响应和系统稳定性的提高。
2. 自适应控制
自适应控制是一种能够自动调节控制参数以适应系统变化的控制方法。通过引入自适应算法，系统可以根据外部环境的变化实时调整控制参数，从而保持系统的稳定性和可靠性。自适应控制在飞行器、机器人、汽车等领域有着广泛的应用，能够有效应对各种复杂的控制场景。
3. 鲁棒控制
鲁棒控制是一种能够在系统参数变化或者外部扰动的情况下保持系统
稳定性的控制方法。它通过引入鲁棒性设计，可以有效克服系统参数
变化和外部干扰带来的影响，保障系统的稳定运行。鲁棒控制在航空航天、汽车、机械等领域有着重要的应用，能够大大提高系统的可靠性和稳定性。
4. 预测控制
预测控制是一种基于系统状态的预测进行控制的方法。通过对系统状态的预测，可以有效地制定控制策略，实现对系统的精准控制。预测控制在电力系统、交通系统、自动化生产线等领域有着广泛的应用，能够提高系统的控制精度和稳定性。
关于智能控制的文献综述
关于智能控制的文献综述
一、智能控制概述
智能控制，也称为自动化智能控制，是一种将人工智能理论与控制理论相结合的技术。它通过模拟人类思维模式，实现对复杂系统的智能化控制。智能控制的目标是提高系统的性能，优化系统的运行状态，以满足各种实际应用的需求。
二、智能控制发展历程
智能控制的发展可以分为四个阶段：萌芽期、形成期、成熟期和最新发展阶段。萌芽期主要是在20世纪50年代，人工智能和控制理论开始被独立研究；形成期是在20世纪70年代，随着计算机技术的发展，人工智能和控制理论开始融合；成熟期是在20世纪90年代，智能控制的相关理论和技术开始应用于各个领域；最新发展阶段是从21世纪初至今，随着物联网、大数据、云计算等新技术的出现，智能控制得到了更广泛的应用和发展。
三、智能控制的主要技术
智能控制的主要技术包括专家控制、模糊控制、神经网络控制和遗传算法等。这些技术通过模拟人类的思维模式，实现对系统的智能化控制。其中，专家控制是基于专家知识的控制；模糊控制是通过模糊逻辑理论的控制；神经网络控制是通过模拟人脑神经元网络的控制方式；遗传算法是一种基于生物进化理论的优化算法。
四、智能控制在各领域的应用
智能控制已被广泛应用于各个领域，如工业自动化、航空航天、
医疗保健、农业等。在工业自动化领域，智能控制可以实现生产线的自动化检测、控制和优化；在航空航天领域，智能控制可用于飞行器的自主导航、自主控制和自主决策；在医疗保健领域，智能控制可用于医疗设备的智能化操作和病人的智能化监护；在农业领域，智能控制可用于智能化灌溉、智能化施肥和智能化养殖等。
智能控制理论及应用PPT课件
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18.07.2020
北京科技大学自动化学院控制科学与工程系
1.2.2 智能控制的发展
1971年傅京孙提出智能控制概念，并在文章“学习控制系 统和智能控制系统：人工智能与自动控制的交叉”中归纳了3 种类型的智能控制系统：
（1）人作为控制器的控制系统；
（2）人–机结合作为控制器的控制系统；
（3）无人参与的智能控制系统。
从控制论的角度出发：智能控制是驱动智能机器自主地实 现其目标的过程。或者说，智能控制是一类无需人的干预就能 独立地驱动智能机器实现其目标的自动控制方法。
以上各种描述说明：智能控制具有认知和仿人的功能；能 适应不确定性的环境；能自主处理信息以减少不确定性；能可 靠地进行规划，产生和执行有目的的行为，以获取最优的控制 效果。
控制技术与方法难以解决的控制问题。主要应用场合有：
（1）具有高度非线性、时变性、不确定性和不完全性等 特征，一般无法获得精确数学模型的复杂系统的控制问题；
（7）沈清，胡德文，时春. 神经网络应用技术. 长 沙：国防科技大学出版社，1993
（8）方崇智，萧德云. 过程辨识. 北京：清华大学 出版社，1988
（9）舒迪前. 预测控制系统及其应用. 北京：机械 工业出版社，1996
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18.07.2020
北京科技大学自动化学院控制科学与工程系
课程内容：
列车自动控制系统(ATC)ppt课件
列车自动防护系统ATP 列车自动驾驶系统ATO 列车自动监视系统ATS
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ATS功能 联锁功能 列车检测功能
ATC系统包括五个 原理功能
PTI功能
ATC功能
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ATS全称为Automatic Train Supervision 自动列 车监控系统（简称ATS)。ATS子系统作为ATC系统 的一个重要子系统，是一套集现代化数据通信、 计算机、网络和信号技术为一体的、分布式的实 时监督、控制系统，ATS子系统通过与ATC系统中 的其他子系统的协调配合，共同完成对地铁运营 列车和信号设备的管理和控制。其核心设备位于 信号系统的中央层，用于实现对高密度、大流量 的城市轨道交通运输进行自动化管理和调度，是 一个综合的行车指挥调度控制系统。ATS功能主要 由位于OCC内的设备实现。
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在联锁功能的约束下，根据ATS的要求实现列车运 行的控制。ATC功能有三个子功能：ATP／ATO轨 旁功能、ATP／ATO传输功能和ATP／ATO车载功 能。ATP／ATO轨旁功能负责列车间隔和报文生成； ATP／ATO传输功能负责发送感应信号，它包括报 文和ATC车载设备所需的其他数据；车载设备所需 的其他数据；ATP／ATO车载功能负责列车的安全 运营、列车自动驾驶，且给信号系统和司机提供 接口。
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ATS系统在ATP系统的支持下完成对列车运行的自动监控， 在ATO的配合下，完成对列车的控制。
3种控制规律和方法综述
先进控制技术综述
在实际的工业控制过程中，很多系统具有高度的非线性、多变量耦合性、不确定性、信息不完全性和大滞后等特性。对于这种系统很难获得精确的数学模型，并且常规的控制无法获得满意的控制效果。
面对这些复杂的工业控制产生了新的控制策略，即先进控制技术。先进控制技术包括：自适应控制，预测控制，推理控制，鲁棒控制以及包括模糊控制与神经网络在内的智能控制方法。本文详细介绍了自适应控制、预测控制以及这两种先进控制的应用领域和优缺点。
1.自适应控制
自适应控制的思想是对于系统中的不确定性，以及控制任务的艰巨性，对于部分未建模的动态特性、变化的被控对象和干扰信号，及时地测得它们的信息，并根据此信息按一定的设计方法，自动地做出控制决策、修改控制器结构和参数，使其控制信号能够适应对象和扰动的动态变化，在某种意义上达到控制效果最优或次优。
1．1 自适应控制介绍
目前自适应控制的种类很多，从总体上可以分为三大类：自校正控制、模型参考自适应控制和其他类型的自适应控制。
自校正控制的主要问题是用递推辨识算法辨识系统参数，根据系统运行指标来确定调节器或控制器的参数。其原理简单、容易实现，现已广泛地用在参数变化、有迟滞和时变过程特性，以及具有随机扰动的复杂系统。自校正控制系统的一般结构图如图1所示。自校正控制适用于离散随机控制系统。
图1 自校正控制结构图
模型参考自适应控制，利用可调系统的各种信息，度量或测出各种性能指标，把模型参考自适应控制与参考模型期望的性能指标相比较；用性能指标偏差通过非线性反馈的自适应机构产生自适应律来调节可调系统，以抵消可调系统因“不确定性”所造成的性能指标的偏差，最后达到使被控的可调系统获得较好的性能指标的目的。模型参考自适应控制可以处理缓慢变化的不确定性对象的控制问题。由于模型参考自适应控制可以不必经过系统辨识而度量性能指标，因而有可能获得快速跟踪控制。模型参
自控原理课件第6章-自动控制系统的性能分析
6.1.4 系统稳态性能综述 (1) 系统的稳态误差由跟随稳态误差和扰动稳态 误差两部分组成，它们不仅和系统的结 构、参数 有关，而且还和作用量(输入量和扰动量)的大小、 变化规律和作用点有关。 跟随稳态误差essr：系统开环传递函数中所含积 分环节个数(v)愈多，开环增益K愈大， 则系统的稳态性能愈好。 扰动稳态误差 essd ：扰动作用点前，前向通路所 含的积分环节个数 vl 愈多，作用点前的增益 Kl 愈 大．则系统抗扰稳态性能愈好。 (2) 作用量随时间变化得愈快，作用量产生的误 差也愈大。
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调整时间是从给定量作用于系统开始，到输 出量进入并保持在允许的误差带 ( 误差带是指离稳 态值c(∞)偏离 δ c (∞) 的区域)内所经历的时间。 δ 通常分为5％(要求较低)和2％ (要求较高)两种。 由于输出量c(t)通常为阻尼振荡曲线，c(t)进入 误差带的情况比较复杂，所以通常以输 出量的包络线b(t) 进入误差带来近似求取调整时间 ts。
1
6.1 自动控制系统的稳态性能分析 自动控制系统的输出量一般包含两个分量， 一个是稳态分量，另一个是暂态分量。 暂态分量反映了控制系统的动态性能。对于 稳定的系统，暂态分量随着时间的推移将逐渐减 少并最终趋向于零。稳态分量反映系统的稳态性 能，它反映控制系统跟随给定量和抑制扰动量的 能力和准确度。稳态性能的好坏一般以稳态误差 的大小来度量。
自动控制原理(胡寿松)第六版第一章
调节器轴 套环
精品课件
图 1 .1 飞 球 调 节 器 原 理 图
没有理论指导使控制技术停滞了一个世纪！
• 飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度 振荡。其它自动控制系统也有类似现象。
• 由于当时还没有自控理论，所以不能从理 论上解释这一现象。为了解决这个问题， 盲目探索了大约一个世纪之久。
精品课件
现代控制理论在工业过程控制方面遭遇 滑铁卢，促使了智能控制技术的诞生
• 现代控制理论在空间技术取得巨大成功， 但由于工业过程控制中普遍存在的不确定 性和干扰，难以取得预期的效果。模拟人 的控制技术——智能控制，虽然不能实现 精确的控制，但对各种复杂系统能够做到 比较满意的控制。
精品课件
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自动控制原理
Principles of Automatic Control
电气工程及其自动化
引言
控制理论：
自动化学科的重要理论基础
研究自动控制共同规律的技术科学
自动控制技术应用
自动控制系统
课程的性质和特点
• 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来 研究系统的建立、分析与设计。
• 《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是 自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程 的关系如下。
精品课件
《自动控制原理》国家精品课程 浙江工业大学自动化研究所 12
智能控制综述【范本模板】
智能控制综述
摘要：本文首先介绍了智能控制的发展和智能控制系统的结构和特点以及与传统控制的关系.然后，综述几种智能控制研究的主要内容。
关键词：智能控制、自动控制、研究内容
1、智能控制的发展
任何一种科学技术的发展都由当时人们的生产发展需求和知识水平所决定和限制,控制科学也不例外。1948年，美国著名的控制论创始人维纳(N.Wiener）在它的著作《控制论》中首次将动物与机器相联系。1954年钱学森博士在《工程控制论》中系统的阐明了控制论对航空航天和电子通讯等领域的意义及影响，1965年傅京孙（K。S。Fu)教授首先把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统，又于1971论述了人工智能与自动控制的交集关系,成为国际公认的智能控制的先行者和奠基人[1］。
20世纪60年代,随着航海技术,空间技术的发展，控制领域面临着人们对其性能要求愈来愈高和被控对象的复杂性和不确定性，被控对象的复杂性和不确定性主要表现在被控对象的非线性和不确定性,以及分散的传感元件与执行元件，复杂的信息网络和庞大的数据量。而传统控制在解决这些问题时存在三方面的问题：一、由于传统控制理论是建立在以微积分为工具的精确模型上，所以无法对高度复杂和不确定的被控对象进行描述；
二、传统控制理论中的自适应控制和Robust控制虽可克服系统中所包含的的不确定性，
达到优化控制的目的，但这些方法只适用于缓慢变化的情况。三、传统控制系统输入较单一，而面对海量信息(视觉的、听觉的、触觉的等）的复杂环境，智能控制应运而生。
智能控制是对传统控制的补充和发展，是自动控制发展的高级阶段，而传统控制是智能控制产生的基础.
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不完全微分PID的结构如 图。
上图将低通滤波器直接 加在微分环节上，
左图是将低通滤波器加 在整个PID控制器之后。
4 微分先行PID控制算法
微分先行PID控制的特点是只对输出量y(t)进行微分，而 对给定值r(t)不进行微分。 这种输出量先行微分控制适用于给定值r(t)频繁升降的场
合，可以避免给定值升降时引起系统振荡，从而明显地 改善了系统的动态特性。结构如下图所示。
若e0太大，则系统将产生较大的滞后。
现代控制
可控性 可观性 稳定性
建模
5 带死区的PID控制算法及仿真
在计算机控制系统中，某些系统为了避免控制作 用过于频繁，消除由于频繁动作所引起的振荡，可采用 带死区的PID控制算法，控制算式为：
e(k
)
0 e(k )
e(k ) e0 e(k ) e0
式中，e(k)为位置跟踪偏差，e0是一个可调参数，其具 体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值太小， 会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；
（G1(S)) 。
系统校正的几种常见方法
1、串联校正 如果校正元件与系统的不可变部分串联起来，如图 所示，则称这种形式的校正为串联校正。
R(s) + -
Gc (s)
G0 (s)
C(s)
H(s)
串联校正系统方框图
图中的G0（s）与Gc（s）分别表示不可变部分及校 正元件的传递函数。
2、反馈校正
如果从系统的某个元件的输出取得反馈信号，构成
（2）抗积分饱和算法
在计算u(k)时，首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是
否己超出限制范围。若超出，则只累加负偏差；若未 超出，则按普通PID算法进行调节。这种算法可以避 免控制量长时间停留在饱和区。
3 不完全微wenku.baidu.comPID控制算法
在 PID 控 制 中 微 分 信 号 的 引 入可改善系统的动态特性， 但也易引进高频干扰，在误 差扰动突变时尤其明显。若 在控制算法中加入低通滤波 器，则可使系统性能得到改 善。
– 要准确掌握过程扰动通道特性Wf（s）及控制通道 特性Wo（s）是不容易的；
– 即使前馈模型Wm（s）能准确求出，有时工程上也 难以实现；
– 对每一个扰动至少使用一套测量变送仪表和一个前 馈控制器，这将会使控制系统庞大而复杂。
PID控制器模型
u(t)K pe(t)K I0 te()d K Dd e d (tt)
反馈回路，并在反馈回路内设置传递函数为Gc(s)的 校正元件，则称这种校正形式为反馈校正，如下图
所示。
R(s) +
+
G1 ( s)
-
-
C(s) G2 (s) Gc (s)
H(s) 反馈校正系统方框图
3、前馈控制
如果干扰可测，从干扰向输入方向引入的以消除 或减小干扰对系统影响的补偿通道。
N(s)
Gc(s)
1、积分分离PID控制算法 2、抗积分饱和PID控制算法 3、不完全微分PID控制算法 4、微分先行PID控制算法 5、带死区的PID控制算法
1 积分分离PID控制算法
在PID控制中，引入积分环节的目的主要是为了消除 静差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅 度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差， 会造成PID中积分运算的过度积累，使控制量超过执 行机构可能允许的最大动作范围，引起系统较大的超 调和振荡，这在生产中是绝对不允许的。
E(s)
G1(s)
G2(s)
H(s)
Gn(s)
C(s)
4、顺馈控制
以消除或减小系统误差为目的，从输入方向引入 的补偿通道。
Gc(s)
R(s)
G1(s)
C(s)
G2(s)
H(s)
5、校正类型比较：
串联校正: 分析简单，应用范围广，易于理解和接受.
反馈校正: 最常见的就是比例反馈和微分反馈，微分反馈又 叫速度反馈。
G(s)KDs2KPsKI s
• 比例系数Kp 的大小决定系统的快速性，越大，系 统响应速度越快，调节精度越高。
• 积分系数Ki 作用是消除系统的静态误差。Ki太大， 系统振荡次数增加，Ki太小系统调节精度降低。
• 微分系统Kd 改善系统的动态特性。Kd过大，则超 调量较大，调整时间过长。
几种改良的PID控制器
顺馈校正： 以消除或减小系统误差为目的。
前馈校正： 以消除或减小干扰对系统影响。
前馈与反馈控制特点比较
反馈控制的特点 ： 基于偏差来消除偏差； “不及时”的控制 ； 存在稳定性问题； 对各种扰动均有校正作用； 控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律
前馈控制的特点 ： 基于扰动来消除扰动对被控量的影响； 动作“及时” ； 只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定； 具有指定性补偿的局限性； 控制规律取决于被控对象的特性
前馈控制器设计原理
• 不变性原理是实现前馈控制的理论基础。 “不变性”是指控制系统的被控量与扰动量完全
无关，或在一定准确度下无关 • 前馈模型 过程扰动通道与控制通道特性之比决定的，即：
WM
(s)
Wf Wo
(s) (s)
前馈控制的局限性
• 前馈控制属于开环控制方式 ； • 完全补偿难以满足，因为：
积分分离控制基本思路和具体实现的步骤是：
1）根据实际情况，人为设定阈值ε＞0； 2）当∣error(k)∣＞ε时，采用P或PD控制； 3）当∣error(k)∣≤ε时，采用PI或PID控制，以保
证系统的控制精度。
2 抗积分饱和PID控制算法
（1）积分饱和现象
若系统存在一个方向的偏差， PID的输出由于积分作用的不断 累加导致u(k)达到极限位置。此 后若PID控制器的计算输出继续 增大，实际执行装置的控制输出 u(k)也不会再增大，即进入了饱 和区。当出现反向偏差，u(k)逐 渐从饱和区退出。进入饱和区愈 深则退饱和时间愈长，此时，系 统就像失去了控制。这种现象称 为积分饱和现象或积分失控现象。
控制算法
经典控制
• 特点 单输入、单输出的线性定常
（参数不随时间而变化）系统 • 特点简单实用，理论不完善 • 采用试探法设计系统
分析
经验
结果
自动控制理论的发展过程
系统校正
•系统分析：在系统的结构、参数已知的情况下 ，计算出它的性能。 •系统校正：在系统分析的基础上，引入某些参 数可以根据需要而改变的辅助装置，来改善系统 的性能，这里所用的辅助装置又叫校正装置