先进控制技术课件
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《控制技术 》课件
传感器的种类繁多，如温度传感器、 压力传感器、位移传感器和速度传感 器等。
被控对象
01
被控对象是控制系统所要控制的 设备或过程，可以是机械系统、 电气系统、液压系统或气动系统 等。
02
被控对象的特性对控制系统的设 计具有重要影响，需要充分了解 被控对象的物理特性和动态特性 。
反馈回路
反馈回路是控制系统的重要组成部分 ，它通过将传感器的检测信号反馈给 控制器，实现系统的闭环控制。
系统调试
对控制系统进行全面的调试，包括功能调试、性能测 试等，确保系统正常运行。
调试工具
使用各种调试工具，如示波器、逻辑分析仪、仿真软 件等。
控制系统的维护与优化
系统维护
定期对控制系统进行维护，包括硬件设备的清洁、检查、更换等 ，确保系统稳定运行。
系统优化
根据实际运行情况，对控制系统进行优化，包括参数调整、算法 改进等，提高系统性能。
详细描述
控制系统分析是评估控制系统性能的重要环节，它通过分析系统的动态特性来 评估其性能。控制系统分析的主要目的是确定系统的稳定性，以及系统对外部 扰动的响应。常用的分析方法包括时域分析和频域分析。
控制系统设计
总结词
控制系统设计是根据系统分析和性能要 求，设计合适的控制策略以满足系统性 能要求的过程。
稳定性的判定方法
03
通过计算系统的极点或特征根，判断其是否位于复平面的左半
部分。
准确性
01
02
03
准确性的定义
准确性是指控制系统在稳 态下，输出量能够跟踪输 入量的能力。
准确性的评价指标
误差、稳态误差和无差度 。
提高准确性的方法
通过调整控制器的参数， 改善系统的动态性能和静 态性能。
《计算机控制技术》课件
《计算机控制技术》ppt课件
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
contents
目录
• 计算机控制技术概述 • 计算机控制系统组成 • 计算机控制系统的基本原理 • 计算机控制系统的设计方法 • 计算机控制系统的实现技术 • 计算机控制系统的应用实例
01
计算机控制技术概述
定义与特点
总结词
计算机控制技术的定义和特点
详细描述
计算机控制技术是指利用计算机对工业生产过程进行自动控制的技术。它具有 高精度、高效率、高可靠性的特点，能够实现生产过程的自动化、智能化和信 息化。
动控制。
监控软件
用于实时监控系统的运行状态 ，显示各种参数和数据，以及
进行故障诊断和报警等。
数据库软件
用于存储和管理各种数据，如 历史数据、实时数据等。
操作系统
提供计算机控制系统的运行环 境和基础服务。
人机接口
01
02
03
界面设计
设计易于操作的人机界面 ，包括图形界面和文本界 面等。
交互方式
提供多种交互方式，如鼠 标操作、键盘输入等，方 便用户进行操作和控制。
常见的开环控制系统有步进电机 控制系统、温度控制系统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是一种包含反馈环节的控制系统，通过检测系统输出结果，将检测结 果反馈给输入端，与输入信号进行比较，根据比较结果调整输入信号。
闭环控制系统的优点是能够实时调整系统输出，提高控制精度和稳定性，但结构相 对复杂。
常见的闭环控制系统有伺服电机控制系统、数控机床控制系统等。
自适应控制
通过调整控制器参数，使系统能够自动适应环境变化和不确定性， 保持最优性能。
鲁棒控制
设计具有鲁棒性的控制系统，使系统在存在不确定性和干扰的情况 下仍能保持稳定和良好的性能。
计算机控制技术PPT课件
.
17
机械自动化学院
4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行 的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制 系统不是连续控制的，而是离散控制的。
5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。 计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。
6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散 控制系统、计算机网络控制系统等，便于实现控制与管 理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。
对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决 定将要采取的控制行为。
实时控制输出： 根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
.
11
机械自动化学院
（2）在线方式和离线方式 ★ 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机
控制的方式。 ★ 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机
键盘（功能键和数字键）
.
14
机械自动化学院
软件部分：
系统软件 软件 应用软件
操作系统 语言加工系统
编编连辑译接程程、序序装配程序
诊断系统
调试程序 子程序库
控制程序
数据采集及处理程序
数据可靠性检查程序 A／D转换及采样程序 数字滤波程序
线性化处理程序
数据采集程序
巡回检测程序
.
18
机械自动化学院
1.2 计算机控制系统的典型形式
1．操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
.
19
机械自动化学院
2．直接数字控制系统 （Direct Digital Control—DDC）
PLC控制技术简介PPT课件
2.存贮器 ROM：主要存贮系统管理和监控程序，并能对用户程序做编译处理。 RAM：用来存 放由编程器输入的用户控制程序。
3.电源部件 将交流电源转换成供PLC的中央处理器，存贮器等电子电路工作所需要的直路电源 ，使PLC能正常工作。为提高可靠性目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电，用锂电池作 停电时的后备电源。
2020/3/25
2
2、传统继电－接触器控制的特
点
机械设备的电气控制，早期采用传统的继电－接触器控制。即用导 线将各种继电器KA、KT、KM线圈及触点按一定的逻辑关系连接起 来的控制系统。称为电器元件控制阶段。传统继电－接触器控制的 特点： （1）直观 （2）使用方便：能直接控制较大功率的负载。 （3）价格低：器件成本低。
20世纪60年代末一种新型工业控制装置可编程序控制 (Programmable Controller，简称PC)应运而生。它将传统的继电 器控制技术、计算机控制技术、通信技术融为一体。
• PLC及用计算机编程软件代替继电控制的硬件接线；既发挥计算机优 点，又考虑电气操作人员习惯，始终保持大众化特点。广泛地应用于 各类生产机械和生产过程的自动控制中。
2020/3/25
5
4、PLC目前的主要品牌
目前世界上PLC产品有美国、欧洲、日本三个流派，主要品牌有：A-B、GE、 松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德等
三菱FX2N-48MR的PLC
2020/3/25
6
欧姆龙PLC
2020/3/25
7
西门子plc
2020/3/25
8
松下 PLC
传统继电－接触器控制系统在工业控制领域曾占主导地位，应用也 很广。但有明显的缺陷： （1）固定接线方式(功能单一)。 （2）电路受之器件触点数的限制。 （3）系统运行稳定性，可靠性较差。 （4）系统响应速度慢。 （5）易出现“竞争”现象（抢动现象）。 在一些场合不适应控制要求
高精度运动控制系统的关键技术及综合运用ppt课件
公司自主研制的0.1微米级精密运动平台及集成 控制系统是微电子制造和测试设备的核心部件，也 是生物医疗设备和精密制造业发展的关键部件，这 些产品在以上领域的应用可以极大提高我国的制造 水平，缩小和先进国家的差距。
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
17
总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
15
实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
3
公司简介（二）
此外公司还与秦皇岛海纳科技公司 合作研发了国内首款可驱动直线电机和 旋转电机的通用型伺服驱动器。该驱动 器具有高阶轨迹生成、支持用户编程等 高端功能，产品性能已达到国际先进水 平，可广泛用于高精密运动控制系统的 驱动和控制。
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总结
❖ 运动控制技术是多学科复合技术：机械与电子、硬件和软件、算法 和分析
❖ 运动控制应用范围广：开环控制或闭环控制、半闭环或全闭环控制 ❖ 采用闭环控制首要考虑的是系统稳定性 ❖ 运动控制的性能不仅要考核时域响应，还要考核频域特性 ❖ 运动控制系统由控制平台、功率放大器/驱动器、执行机构/电机/
安装误差的影响
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实例：编码器安装对信号质量及精度的影响（续） 信号质量对误差影响
16
运动控制系统的保护
软件级 •计算错误保护 •位置误差保护 •饱和保护 •震荡保护 •RMS功率保护 •电源故障保护 •急停保护
机械级 •机械限位装置 •机械刹车/卡紧装置 •机械防撞装置 •… …
硬件级 •限位传感器保护 •看门狗保护 •电源故障保护 •过功率保护 •驱动器短路保护 •驱动器过压/欠压保护 •驱动器过温保护 •驱动器RMS电流保护 •… …
➢ 光栅尺的精度
➢ 线距，或信号周期(每毫米线数，或每圈线)
➢ 光栅尺的热敏系数
➢ 差值技术
➢ 信号质量
➢ 频率响应与最高速度
旋转编码器最大速度 = [工作频率 (Hz) / (每转线数) ]*60 [RPM]
现代控制理论与工程课件
下面通过具体例子来阐述自动控制系统的
基本概念。
[例1-1] 观察机器人搬运物体的控制过程，
如图1-1所示。图中为5关节机器人，其中有2个
转动关节，3个摆动关节。末端执行器为一个夹 持器，机器人的任务是通过夹持器抓取A处的物 体，并将其搬运至B处。
图1-1 5关节搬运机器人
为了达到最优控制效果，需要精心设计 合适的过程控制算法，使得搬运物体的速度 最快，而且搬运过程既平稳，定位又准确。 则必然涉及到多变量、耦合和非线性等复杂 的控制问题。传统控制理论通常无法解决如
模型输入输出数据的测量，利用统计方法对系
统的状态进行估计。其中，卡尔曼滤波为典型
的技术，在很多领域得到了广泛应用。
5．自适应控制
自适应控制指得是控制系统能够适应内部
参数变化和外部环境的变化，自动调整控制作
用，使系统达到一定意义下的最优或满足对这
一类系统的控制要求。
6．鲁棒控制 这类控制问题指得是针对系统中存在一定 范围的不确定，设计所谓的鲁棒控制器，使得
变了系统的动态特性，增加了系统的复杂性。
例如，对于电动机转速控制系统，提高输入电
压，电动机转速相应提高，但电动机具有惯性，
响应会出现延迟，所以当提高输入电压时，电
动机的转速并不可能立即有反馈形成的调节作
用。
如果控制系统认为电动机的转速没有提高， 再继续增加输入电压，则有可能超过了希望转
速所对应的输入电压值。电动机在延迟了一段
古典控制理论的广泛应用给人类带来了巨
大的经济和社会效益，同时也导致了自动控制
技术的诞生和发展。最大的成果之一是PID控制 规律的产生，对于无时间延迟的单回路控制系 统很有效，在工业过程控制中仍被广泛应用。
基本概念。
[例1-1] 观察机器人搬运物体的控制过程，
如图1-1所示。图中为5关节机器人，其中有2个
转动关节，3个摆动关节。末端执行器为一个夹 持器，机器人的任务是通过夹持器抓取A处的物 体，并将其搬运至B处。
图1-1 5关节搬运机器人
为了达到最优控制效果，需要精心设计 合适的过程控制算法，使得搬运物体的速度 最快，而且搬运过程既平稳，定位又准确。 则必然涉及到多变量、耦合和非线性等复杂 的控制问题。传统控制理论通常无法解决如
模型输入输出数据的测量，利用统计方法对系
统的状态进行估计。其中，卡尔曼滤波为典型
的技术，在很多领域得到了广泛应用。
5．自适应控制
自适应控制指得是控制系统能够适应内部
参数变化和外部环境的变化，自动调整控制作
用，使系统达到一定意义下的最优或满足对这
一类系统的控制要求。
6．鲁棒控制 这类控制问题指得是针对系统中存在一定 范围的不确定，设计所谓的鲁棒控制器，使得
变了系统的动态特性，增加了系统的复杂性。
例如，对于电动机转速控制系统，提高输入电
压，电动机转速相应提高，但电动机具有惯性，
响应会出现延迟，所以当提高输入电压时，电
动机的转速并不可能立即有反馈形成的调节作
用。
如果控制系统认为电动机的转速没有提高， 再继续增加输入电压，则有可能超过了希望转
速所对应的输入电压值。电动机在延迟了一段
古典控制理论的广泛应用给人类带来了巨
大的经济和社会效益，同时也导致了自动控制
技术的诞生和发展。最大的成果之一是PID控制 规律的产生，对于无时间延迟的单回路控制系 统很有效，在工业过程控制中仍被广泛应用。
控制的方法和技术管理学ppt课件
16
第二节 质量控制方法
2、质量管理的发展 质量管理是指确定质量方针、目标和职责，并通过质量体系中的质量策划、 质量控制、质量保证和质量改进来实现管理职能的全部活动。
17
第二节 质量控制方法
3、过程控制优化 过程控制不仅是对产品提供全过程的管理，而且包括各方面业务过程 的协调。
小米手机以专注、极致、口碑、 快为特点的“互联网思维”就是良好 过程控制的典型案例。
外部审计：由组织外部的机构（如会计师事务所）选派审计人员对组织财务报表 及其反映的财务状况进行独立的检查和评估。
内部审计：由组织内部的机构或由财务部门的专职人员独立进行的，其目的是为 组织内部控制提供一种手段，以检查和评价各项控制的有效性。
6
第一节 层级控制、市场控制与团体 控制
3、财务控制： 财务控制是指对企业的资金投入及收益过程和结果进行衡量与校正， 以确保企业目标以及为达到此目标所制定的财务计划得以实现。
预 算
只能控制可计量的 业务活动
控
制 编制预算时常参照
的
上期项目和标准
局
限 性
组织外部环境的不 断变化
5
第一节 层级控制、市场控制与团体 控制
2、审计控制：
审计控制是指对反映组织资金运动过程及其结果的会计记录及财务报 表进行审核、鉴定，以判断其真实性和公允性，从而起到控制的作用。 审计是一项较独立的经济监控活动。
比
率
市场占有率=企业的主要产品销售 额/该种产品的市场销售总额
10
第一节 层级控制、市场控制与团体 控制
二、市场控制
市场控制（market mechanism）是指组织借助经济的力量，通过 价格机制来规范组织内部门（单位）和员工的行为。
第二节 质量控制方法
2、质量管理的发展 质量管理是指确定质量方针、目标和职责，并通过质量体系中的质量策划、 质量控制、质量保证和质量改进来实现管理职能的全部活动。
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第二节 质量控制方法
3、过程控制优化 过程控制不仅是对产品提供全过程的管理，而且包括各方面业务过程 的协调。
小米手机以专注、极致、口碑、 快为特点的“互联网思维”就是良好 过程控制的典型案例。
外部审计：由组织外部的机构（如会计师事务所）选派审计人员对组织财务报表 及其反映的财务状况进行独立的检查和评估。
内部审计：由组织内部的机构或由财务部门的专职人员独立进行的，其目的是为 组织内部控制提供一种手段，以检查和评价各项控制的有效性。
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第一节 层级控制、市场控制与团体 控制
3、财务控制： 财务控制是指对企业的资金投入及收益过程和结果进行衡量与校正， 以确保企业目标以及为达到此目标所制定的财务计划得以实现。
预 算
只能控制可计量的 业务活动
控
制 编制预算时常参照
的
上期项目和标准
局
限 性
组织外部环境的不 断变化
5
第一节 层级控制、市场控制与团体 控制
2、审计控制：
审计控制是指对反映组织资金运动过程及其结果的会计记录及财务报 表进行审核、鉴定，以判断其真实性和公允性，从而起到控制的作用。 审计是一项较独立的经济监控活动。
比
率
市场占有率=企业的主要产品销售 额/该种产品的市场销售总额
10
第一节 层级控制、市场控制与团体 控制
二、市场控制
市场控制（market mechanism）是指组织借助经济的力量，通过 价格机制来规范组织内部门（单位）和员工的行为。
现代电气控制技术 PPT课件
第11章 现代电气、电机控制技术
第11章 现代电气、电机控制技术
11.1 PLC控制技术 11.2 异步电动机的变频调速技术 11.3 交流伺服技术 思考题与习题
2020/3/31
1
第11章 现代电气、电机控制技术
11.1 PLC控制技术
11.1.1 可编程控制器概述 可编程逻辑控制器简称PLC， 是20世纪70年代
（5） 如需输出打印或状态监控， 还需将有关信 息传送至外围设备。
不同档次的PLC产品内部使用的CPU芯片差异较 大， 三菱公司FX2系列小型PLC使用的微处理器是16 位8096单片机， 美国AB公司的PLC-3型大型PLC采用 的微处理器是ADM-2900高速芯片。
2020/3/31
15
第11章 现代电气、电机控制技术
2020/3/31
16
第11章 现代电气、电机控制技术
I/O接口电路的功能是： （1） 输入接口电路的作用是将来自现场设备的 输入信号通过电平变换、 速度匹配、 信号隔离和功率 放大， 转换成可供CPU处理的标准电平信号。 图112为PLC产品中常见的一种直流24 V传感器输入电路。 如输入器件为按钮、 开关类无源器件， +24 V端子仍 需接24 V电源， 但输入按钮或开关则可直接连在输入 端子和COM端之间， 电路更为简单。 只要程序运行， PLC内部就可以识别输入端子和COM之间的通或断。
2020/3/31
4
第11章 现代电气、电机控制技术
现代可编程控制器产品具有如下技术特点： （1） 高可靠性与高抗干扰能力。 PLC产品是专为 工业控制环境设计的， 机内采取了一系列抗干扰措施， 其平均无故障时间可高达4～5万小时， 远远超过采用 硬接线的继电—接触器控制系统， 也远远高于一般的 计算机控制系统。 PLC产品在软件设计上采取了循环扫 描、 集中采样、 集中输出的工作方式， 设置了多种实 时监控、 自诊断、 自保护、 自恢复程序； 在硬件设计 上采用了屏蔽、 隔离、 滤波、 联锁等抗干扰电路结构， 并实现了整体结构的模块化。 PLC适应于恶劣的工业环 境， 这是它优于普通微机控制系统的首要特点。
第11章 现代电气、电机控制技术
11.1 PLC控制技术 11.2 异步电动机的变频调速技术 11.3 交流伺服技术 思考题与习题
2020/3/31
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第11章 现代电气、电机控制技术
11.1 PLC控制技术
11.1.1 可编程控制器概述 可编程逻辑控制器简称PLC， 是20世纪70年代
（5） 如需输出打印或状态监控， 还需将有关信 息传送至外围设备。
不同档次的PLC产品内部使用的CPU芯片差异较 大， 三菱公司FX2系列小型PLC使用的微处理器是16 位8096单片机， 美国AB公司的PLC-3型大型PLC采用 的微处理器是ADM-2900高速芯片。
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第11章 现代电气、电机控制技术
2020/3/31
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第11章 现代电气、电机控制技术
I/O接口电路的功能是： （1） 输入接口电路的作用是将来自现场设备的 输入信号通过电平变换、 速度匹配、 信号隔离和功率 放大， 转换成可供CPU处理的标准电平信号。 图112为PLC产品中常见的一种直流24 V传感器输入电路。 如输入器件为按钮、 开关类无源器件， +24 V端子仍 需接24 V电源， 但输入按钮或开关则可直接连在输入 端子和COM端之间， 电路更为简单。 只要程序运行， PLC内部就可以识别输入端子和COM之间的通或断。
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第11章 现代电气、电机控制技术
现代可编程控制器产品具有如下技术特点： （1） 高可靠性与高抗干扰能力。 PLC产品是专为 工业控制环境设计的， 机内采取了一系列抗干扰措施， 其平均无故障时间可高达4～5万小时， 远远超过采用 硬接线的继电—接触器控制系统， 也远远高于一般的 计算机控制系统。 PLC产品在软件设计上采取了循环扫 描、 集中采样、 集中输出的工作方式， 设置了多种实 时监控、 自诊断、 自保护、 自恢复程序； 在硬件设计 上采用了屏蔽、 隔离、 滤波、 联锁等抗干扰电路结构， 并实现了整体结构的模块化。 PLC适应于恶劣的工业环 境， 这是它优于普通微机控制系统的首要特点。
智能控制技术(-模糊控制的数学基础)名师公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
若采用一般集合旳观点，选用特征函数
1 C A (u) 0
学习好 A 学习差 A
此时特征函数分别为(张三)=1，(李四)=1， (王五)=1。这么就反应不出三者旳差别。假 若采用模糊子集旳概念，选用[0，1]区间上 旳隶属度来表达它们属于“学习好”模糊子 集A旳程度，就能够反应出三人旳差别。
采用隶属函数 A (u) u /100 ，由三人旳
(5)三角形隶属函数 三角形曲线旳形状由三个参数a，b，c
拟定：
0
x
a
f
(
x,
a,
b,
c)
b
c
a x
c b
0
xa a xb
b xc xc
其中参数a和c拟定三角形旳“脚”，而
参数b拟定三角形旳“峰”。 Matlab表
达为
trimf(x,[a, b, c])
（6）Z形隶属函数 这是基于样条函数旳曲线，因其呈现Z形
图 高斯型隶属函数（M=1）
图 广义钟形隶属函数（M=2）
图 S形隶属函数 （M=3）
图 梯形隶属函数（M=4）
图 三角形隶属函数（M=5）
图 Z形隶属函数（M=6）
二、隶属函数旳仿真
例3.6 设计一种三角形隶属函数，按[-3，3] 范围七个等级，建立一种模糊系统，用来 表达{负大，负中，负小，零，正小，正中， 正大}。仿真成果如图所示。
A (u) A (u) 0.4 0.6 0.6 1
A (u) A (u) 0.4 0.6 0.4 0
2 模糊算子
模糊集合旳逻辑运算实质上就是隶属 函数旳运算过程。采用隶属函数旳取大 （MAX）-取小（MIN）进行模糊集合旳 并、交逻辑运算是目前最常用旳措施。但 还有其他公式，这些公式统称为“模糊算 子”。
1 C A (u) 0
学习好 A 学习差 A
此时特征函数分别为(张三)=1，(李四)=1， (王五)=1。这么就反应不出三者旳差别。假 若采用模糊子集旳概念，选用[0，1]区间上 旳隶属度来表达它们属于“学习好”模糊子 集A旳程度，就能够反应出三人旳差别。
采用隶属函数 A (u) u /100 ，由三人旳
(5)三角形隶属函数 三角形曲线旳形状由三个参数a，b，c
拟定：
0
x
a
f
(
x,
a,
b,
c)
b
c
a x
c b
0
xa a xb
b xc xc
其中参数a和c拟定三角形旳“脚”，而
参数b拟定三角形旳“峰”。 Matlab表
达为
trimf(x,[a, b, c])
（6）Z形隶属函数 这是基于样条函数旳曲线，因其呈现Z形
图 高斯型隶属函数（M=1）
图 广义钟形隶属函数（M=2）
图 S形隶属函数 （M=3）
图 梯形隶属函数（M=4）
图 三角形隶属函数（M=5）
图 Z形隶属函数（M=6）
二、隶属函数旳仿真
例3.6 设计一种三角形隶属函数，按[-3，3] 范围七个等级，建立一种模糊系统，用来 表达{负大，负中，负小，零，正小，正中， 正大}。仿真成果如图所示。
A (u) A (u) 0.4 0.6 0.6 1
A (u) A (u) 0.4 0.6 0.4 0
2 模糊算子
模糊集合旳逻辑运算实质上就是隶属 函数旳运算过程。采用隶属函数旳取大 （MAX）-取小（MIN）进行模糊集合旳 并、交逻辑运算是目前最常用旳措施。但 还有其他公式，这些公式统称为“模糊算 子”。
电机现代控制技术PPT课件
电磁转矩是定、转子磁场相互作用的结果，其大小和方向决定 于这两个旋转磁场的幅值和磁场轴线的相对位置 .
三相隐极同步电机等效物理模型
两个磁场轴线间的电角度为β，大小决定于定子旋转磁场速度ωs和转子速度ωr。 产生恒定的电磁转矩
te isif Lm sin f is sin
凸极结构的同步电动机，还会产生磁阻转矩
te
Wm (iA , iB , r ) r
公式说明:
1. 当转子因微小位移引起系统磁共能发生变化时，会受到电磁 转矩的作用;
2. 转矩方向应为在恒定电流下倾使系统磁共能增加的方向.
磁能和磁共能之和为
Wm Wm
0
A
iA
d
0
B
iBd
iA 0
A di
iB 0
B
di
iA A iB B
向。
2. 直流电机的电磁转矩与等效模型
主磁极基波磁场轴线为d 轴， 将d轴旋转90°为q轴;
电枢绕组产生的基波磁场轴 线与q轴一致。
绕组旋转，磁场轴线固定旋 转绕组称为换向器绕组。
图2-4两极直流电机
在直流电机动态分析中，
常将这种换向器绕组等效为 一个“伪静止线圈”
图2-5 伪静止线圈
“伪静止线圈”与换向器绕组从机电 能量转换角度看是等效的。
dr
dt
]
第一项和第二项是当θr =常值，即绕组A和B相 对静止时，由电流变化所引起的感应电动势， 称为变压器电动势.
第三项是因转子运动使绕组A和B相对位置发生 位移(θr变化)而引起的感应电动势，称为运动电 动势.
在dt时间内，由电源输入绕组A和B的净电能为：
dWe (iAeA iBeB )dt iAd A iBd B
三相隐极同步电机等效物理模型
两个磁场轴线间的电角度为β，大小决定于定子旋转磁场速度ωs和转子速度ωr。 产生恒定的电磁转矩
te isif Lm sin f is sin
凸极结构的同步电动机，还会产生磁阻转矩
te
Wm (iA , iB , r ) r
公式说明:
1. 当转子因微小位移引起系统磁共能发生变化时，会受到电磁 转矩的作用;
2. 转矩方向应为在恒定电流下倾使系统磁共能增加的方向.
磁能和磁共能之和为
Wm Wm
0
A
iA
d
0
B
iBd
iA 0
A di
iB 0
B
di
iA A iB B
向。
2. 直流电机的电磁转矩与等效模型
主磁极基波磁场轴线为d 轴， 将d轴旋转90°为q轴;
电枢绕组产生的基波磁场轴 线与q轴一致。
绕组旋转，磁场轴线固定旋 转绕组称为换向器绕组。
图2-4两极直流电机
在直流电机动态分析中，
常将这种换向器绕组等效为 一个“伪静止线圈”
图2-5 伪静止线圈
“伪静止线圈”与换向器绕组从机电 能量转换角度看是等效的。
dr
dt
]
第一项和第二项是当θr =常值，即绕组A和B相 对静止时，由电流变化所引起的感应电动势， 称为变压器电动势.
第三项是因转子运动使绕组A和B相对位置发生 位移(θr变化)而引起的感应电动势，称为运动电 动势.
在dt时间内，由电源输入绕组A和B的净电能为：
dWe (iAeA iBeB )dt iAd A iBd B
现代电气控制及PLC应用技术(第三版)复习材料 ppt课件
④ 每个器件及它们的部件都需用一确定的图形符号 表示，且每个器件有一个文字符号。属于同一个 器件的各个部件采用同一文字符号表示；
⑤ 同一器件的不同部件，无论在电路图中的位置， 均采用同一文字符号标记；
⑥ 一个完整的电路图至少应包括主电路、辅助电路、 材料表三个基本组成部分；
ppt课件
23
2.1 电气控制线路图的图形、符号及绘制原则
25
2.2 基本电气控制线路
综述 1.设备设施 可为人们提供各种产品、必需品或各种
方便的机械装置。
间接控制、灵活性
2.设备的构成 机、电、气(液)及其组合。最好、易于自动化
3.设备工作状态 直为接控满制足、灵用活性户差要、 求直稍、接强产控于制机品、控工灵、活艺性等，设 备所具备的运行功不能适于：复启杂控动制 、调速、延时、制动等等。
压保护功能。
特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触点系统、灭弧装置、各种脱扣器。
ppt课件
17
小结
一、本章主要内容为低压电器的基本知识； 二、熟悉主要低压电器的结构、掌握它们的
工作原理； 三、主要低压电器：
接触器、中间继电器、热继电器、低压断 路器、行程开关等； 四、掌握主要低压电器的电气符号。
⑨ 原理图中应标出下列数据：
ⅰ 各个电源电路的电压值、极性或频率及相数; ⅱ 某些元件的特性(电阻、电容的量值等); ⅲ 万能转换开关等类似器件的触点通断表；
⑩ 图中的全部电机、电器元件的型号、文字符号、用途、 数量、技术数据，均应统计列表，并绘制在电路图中。
ppt课件
24
2.1 电气控制线路图的图形、符号及绘制原则
列进行； ⅱ辅助电路标记 沿前向通道信号流的方向，以自然递增数
⑤ 同一器件的不同部件，无论在电路图中的位置， 均采用同一文字符号标记；
⑥ 一个完整的电路图至少应包括主电路、辅助电路、 材料表三个基本组成部分；
ppt课件
23
2.1 电气控制线路图的图形、符号及绘制原则
25
2.2 基本电气控制线路
综述 1.设备设施 可为人们提供各种产品、必需品或各种
方便的机械装置。
间接控制、灵活性
2.设备的构成 机、电、气(液)及其组合。最好、易于自动化
3.设备工作状态 直为接控满制足、灵用活性户差要、 求直稍、接强产控于制机品、控工灵、活艺性等，设 备所具备的运行功不能适于：复启杂控动制 、调速、延时、制动等等。
压保护功能。
特点：操作安全，分断能力较高。 分类：框架式（万能式）和塑壳式（装置式） 结构：触点系统、灭弧装置、各种脱扣器。
ppt课件
17
小结
一、本章主要内容为低压电器的基本知识； 二、熟悉主要低压电器的结构、掌握它们的
工作原理； 三、主要低压电器：
接触器、中间继电器、热继电器、低压断 路器、行程开关等； 四、掌握主要低压电器的电气符号。
⑨ 原理图中应标出下列数据：
ⅰ 各个电源电路的电压值、极性或频率及相数; ⅱ 某些元件的特性(电阻、电容的量值等); ⅲ 万能转换开关等类似器件的触点通断表；
⑩ 图中的全部电机、电器元件的型号、文字符号、用途、 数量、技术数据，均应统计列表，并绘制在电路图中。
ppt课件
24
2.1 电气控制线路图的图形、符号及绘制原则
列进行； ⅱ辅助电路标记 沿前向通道信号流的方向，以自然递增数
智能控制理论及应用PPT课件
•智能控制理论概述•智能控制基础理论•智能控制技术与方法•智能控制系统设计与实现•智能控制在工业领域应用案例•智能控制在非工业领域应用案例•智能控制发展趋势与挑战目录智能控制定义与发展定义发展历程智能控制与传统控制比较控制对象传统控制主要针对线性、时不变系统，而智能控制则面向复杂、非线性、时变系统。
控制方法传统控制主要采用基于数学模型的方法，而智能控制则运用神经网络、模糊逻辑、遗传算法等智能算法。
控制性能传统控制在稳定性和精确性方面表现较好，而智能控制则在适应性和鲁棒性方面更具优势。
航空航天智能控制可以提高飞行器的自主导航能力、实现复杂任务的自主决策和执行。
智能控制可以实现车辆的自主驾驶、交通拥堵预测、路径规划等功能。
智能家居智能控制可以实现家居设备的远程控制、语音控制、场景定制等功能。
机器人控制智能控制可以实现机器人的自主导航、路径规划、动态避障智能制造智能控制应用领域1 2 3模糊集合与隶属度函数模糊关系与模糊推理模糊控制器设计模糊数学基础神经网络基础神经元模型与神经网络结构01神经网络学习算法02神经网络在智能控制中的应用03遗传算法基础遗传算法基本原理遗传算法优化方法遗传算法在智能控制中的应用模糊控制技术模糊控制基本原理01模糊控制器设计02模糊控制应用实例03神经网络控制技术神经网络基本原理神经网络控制器设计神经网络控制应用实例遗传算法优化技术遗传算法基本原理遗传算法优化方法遗传算法优化应用实例系统需求分析明确系统控制目标和任务分析系统环境和约束确定系统性能指标系统架构设计选择合适的控制策略根据系统需求和性能指标，选择合适的控制策略，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
设计控制器结构根据所选控制策略，设计相应的控制器结构，包括输入、输出、算法等部分。
构建系统框架将控制器与被控对象、传感器和执行器等连接起来，构建完整的智能控制系统框架。
传感器模块控制算法模块执行器模块通信模块关键模块实现自动化生产线优化调度基于遗传算法的调度优化模糊控制在生产调度中的应用基于神经网络的调度预测01基于A*算法的路径规划02模糊逻辑在机器人导航中的应用03强化学习在机器人路径规划中的应用机器人路径规划与导航神经网络在故障预测中的应用采用神经网络对历史故障数据进行学习，预测未来可能出现的故障及其发生时间，为预防性维护提供决策支持。
反馈控制系统基本结构图PPT课件
2先进控制技术鲁棒控制robustcontrol预测控制predictivecontrol模糊控制fuzzycontrol专家控制expertcontrol检测技术与自动化装置是运用现代物理控制理论电子学计算机科学和计量科学研究被控对象的信息提取转换传递与处理的理论方法和技术的学科
第七章
自动化技术
/wangming/1583.html
1940年, 维纳(Norbert Wiener,美国,1894—1964), 首先倡导使用二进制编码形式
自动化基本内容
1、控制 2、系统 3、控制系统 4、反馈和反馈控制系统 5、数字控制技术 （计算机控制）
控制
自动控制是自动化技术的核心。
控制是一种有目的的特定作 用、和有目的的主动行为。 控 制 的 本 质 是 调 节 ， 是 对 “离向”或“离轨”的倾向 的调节，目的是使事物的运 动沿着既定的方向和轨道正 常运行。
传递者：以及将作用由作用者传递到受作用者
控制系统：就是由施控者、受控者以及 传递者这三个部份所组成的、能够对受 控者的状态进行控制的系统。
2、控制系统的结构框图
反馈
反馈：在自动控制系
统中,把输出量的一部 分送回系统的输入端, 对控制对象进行控制, 这一过程叫反馈。
负反馈：反馈信 号与给定输入信 号是相减的，即 使偏差减小，从 而削弱控制作用。
反馈控制系统基本结构图
执行器：它的输入是控制器送来的控制规律，执行 器要提供足够的能量，按控制规律产生控制作用， 作用到控制对象上，使控制对象能达到预定的控制 目标。
反馈控制系统基本结构图
控制对象：它是我们要进行控制的设备、过程、系 统。它接受来自执行器的控制作用，被控制量作为 输出。
反馈控制系统基本结构图
第七章
自动化技术
/wangming/1583.html
1940年, 维纳(Norbert Wiener,美国,1894—1964), 首先倡导使用二进制编码形式
自动化基本内容
1、控制 2、系统 3、控制系统 4、反馈和反馈控制系统 5、数字控制技术 （计算机控制）
控制
自动控制是自动化技术的核心。
控制是一种有目的的特定作 用、和有目的的主动行为。 控 制 的 本 质 是 调 节 ， 是 对 “离向”或“离轨”的倾向 的调节，目的是使事物的运 动沿着既定的方向和轨道正 常运行。
传递者：以及将作用由作用者传递到受作用者
控制系统：就是由施控者、受控者以及 传递者这三个部份所组成的、能够对受 控者的状态进行控制的系统。
2、控制系统的结构框图
反馈
反馈：在自动控制系
统中,把输出量的一部 分送回系统的输入端, 对控制对象进行控制, 这一过程叫反馈。
负反馈：反馈信 号与给定输入信 号是相减的，即 使偏差减小，从 而削弱控制作用。
反馈控制系统基本结构图
执行器：它的输入是控制器送来的控制规律，执行 器要提供足够的能量，按控制规律产生控制作用， 作用到控制对象上，使控制对象能达到预定的控制 目标。
反馈控制系统基本结构图
控制对象：它是我们要进行控制的设备、过程、系 统。它接受来自执行器的控制作用，被控制量作为 输出。
反馈控制系统基本结构图
数字控制技术PPT课件
理布局和安装。
被控对象
被控对象是数字控制系统所控制 的设备或系统，可以是机械、电
气、液压等类型。
被控对象的特性对于控制系统的 设计具有重要的影响，需要充分 了解被控对象的特性和动态特性。
对于复杂的被控对象，需要进行 建模和仿真，以便更好地设计控
制系统。
04 数字控制系统的性能指标
稳态性能指标
稳态误差
控制器通常由微处理器、可编程逻辑控制器（PLC）或数字信号处理器（DSP）等构 成，具有高度的灵活性和可编程性。
控制器的性能直接影响整个数字控制系统的性能，因此选择合适的控制器是至关重 要的。
执行器
执行器是数字控制系统的输出 部分，负责将控制器的输出信 号转换为实际的控制动作。
执行器种类繁多，包括电动、 气动、液压等类型，根据被控 对象的需要选择合适的执行器。
衡量系统接近稳态时的误差大小，反映系统的跟踪精度 。
静态特性
描述系统在稳态下的输出特性，如线性度、稳定性等。
ABCD
稳态误差系数
表示系统稳态误差与输入信号幅值的比例，用于评估系 统输出与设定值之间的偏差。
调节时间
系统从启动到达到稳态所需的时间，反映系统的响应速 度。
动态性能指标
动态响应
描述系统对输入信号的响应速度和变化规律， 包括超调和调节时间等。
数字控制技术ppt课件
目录
• 引言 • 数字控制技术的概述 • 数字控制系统的基本组成 • 数字控制系统的性能指标 • 数字控制系统的设计方法 • 数字控制系统的实现 • 数字控制技术的发展趋势和挑战 • 结论
01 引言
主题简介
数字控制技术
介绍数字控制技术的定义、发展历程 和应用领域，阐述其在现代工业自动 化中的重要地位。
被控对象
被控对象是数字控制系统所控制 的设备或系统，可以是机械、电
气、液压等类型。
被控对象的特性对于控制系统的 设计具有重要的影响，需要充分 了解被控对象的特性和动态特性。
对于复杂的被控对象，需要进行 建模和仿真，以便更好地设计控
制系统。
04 数字控制系统的性能指标
稳态性能指标
稳态误差
控制器通常由微处理器、可编程逻辑控制器（PLC）或数字信号处理器（DSP）等构 成，具有高度的灵活性和可编程性。
控制器的性能直接影响整个数字控制系统的性能，因此选择合适的控制器是至关重 要的。
执行器
执行器是数字控制系统的输出 部分，负责将控制器的输出信 号转换为实际的控制动作。
执行器种类繁多，包括电动、 气动、液压等类型，根据被控 对象的需要选择合适的执行器。
衡量系统接近稳态时的误差大小，反映系统的跟踪精度 。
静态特性
描述系统在稳态下的输出特性，如线性度、稳定性等。
ABCD
稳态误差系数
表示系统稳态误差与输入信号幅值的比例，用于评估系 统输出与设定值之间的偏差。
调节时间
系统从启动到达到稳态所需的时间，反映系统的响应速 度。
动态性能指标
动态响应
描述系统对输入信号的响应速度和变化规律， 包括超调和调节时间等。
数字控制技术ppt课件
目录
• 引言 • 数字控制技术的概述 • 数字控制系统的基本组成 • 数字控制系统的性能指标 • 数字控制系统的设计方法 • 数字控制系统的实现 • 数字控制技术的发展趋势和挑战 • 结论
01 引言
主题简介
数字控制技术
介绍数字控制技术的定义、发展历程 和应用领域，阐述其在现代工业自动 化中的重要地位。
机器人控制技术课件
关节运动
手的运动
数据存储
全局反馈
局部反馈
内部传感器
外部传感器
1.1 引言
机器人控制系统
机器人控制系统具体的工作过程是：主控计算机接 到工作人员输入的作业指令后，首先分析解释指令，确 定手的运动参数，然后进行运动学、动力学和插补运算， 最后得出机器人各个关节的协调运动参数。这些参数经 过通信线路输出到伺服控制级作为各个关节伺服控制系 统的给定信号。关节驱动器将此信号D/A转换后驱动各 个关节产生协调运动，并通过传感器将各个关节的运动 输出信号反馈回伺服控制级计算机形成局部闭环控制， 从而更加精确的控制机器人手部在空间的运动（作业任 务要求的）。
作业任务
1.3 运动控制
手的运动
运动学 关节位移、 动力学 关节驱动力 逆解 速度、加速度 正解 （矩）
关节产生运动 驱动 驱动装置
控制过程：
反馈
控制系统
根据机器人作业任务中要求的手的运动，通过运动 学逆解和数学插补运算得到机器人各个关节运动的位移 、速度和加速度，再根据动力学正解得到各个关节的驱 动力（矩）。机器人控制系统根据运算得到的关节运动 状态参数控制驱动装置，驱动各个关节产生运动，从而 合成手在空间的运动，由此完成要求的作业任务。
2、轨迹规划的实现过程
（1） PTP下的轨迹规划
q(t)
q q 第二步：已知机器人起点和终点 t0
q(t)
0
i的A关节变量取值 iB
t0
q(t)
分析：起点的变量取值如何
1.3 运动控制 关节运动伺服指令的生成
2、轨迹规划的实现过程 （1） PTP下的轨迹规划 第二步：已知机器人起点和终点的关节变量取值 A、三次多项式插值运算
相关主题
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yM (k j) iN1hˆiu(k j i), j 1,2,, P
14
4.2.2 模型算法控制
2）模型校正
利用当前时刻的模型误差进行模型校正(反馈校正法)，得到校正 后的预测输出分别为
yc (k 1) hˆ1u(k) hˆ2u(k 1) hˆNu(k N 1) y(k) yM (k) yc (k 2) hˆ1u(k 1) hˆ2u(k) hˆNu(k N 2) y(k) yM (k) yc (k P) hˆ1u(k P 1) hˆ2u(k P 2) hˆNu(k N P) y(k) yM (k)
现代过程控制基础
4 先进过程控制技术
信息学院
二○一七年十一月
1
本章内容：
软测量技术 预测控制技术 模糊控制技术
2
4.1 软测量技术
15580
测温枪
电极加热系统
现场温度测量
温度
热电偶点测
过程基本参数 • 钢水容量: 100 t • 温度区间:
1520~1620℃ • 电极加热系统参数:
功率：13500 KW
y(k)
预测输出
yR (k )
输出的期望值曲线
u(k)
当前及未来时刻的控制量
0
1
2
L-1
当前时刻 基于模型的预测控制思路
Pk
11
4.2.1 预测控制的基本原理
预测模型：根据系统的历史信息（系统输出及控制作用）和未来输 入 ，预测系统未来的输出 。
具有展示系统未来动态行为的功能。
给系统施加不同的控制作用，根据不同控制策略下的预测输出变 化,可以对这些控制策略的优劣进行对比。
过去
未来
y1
y2 y
u2
u
u1
0
k
基于模型预测对不同的控制策略对比
12
4.2.1 预测控制的基本原理
e(k) yM (k) yR (k)
预测控制算法就是要按照预测输出与期望输出的偏差，依
据某一性能指标，计算当前及未来L个时刻的控制量，使得性
能指标最小 。
u(k)(k 0,1,2,, L 1)
能量的输入
电弧加热 Q1
钢水温度变化量
能量增量
能量的散失
包衬吸热 Q2
渣面散热 Q3 加料吸热 Q4
T Q1 Q2 Q3 Q4
csteel msteel
精炼过程能流图
5
4.1.2 软测量技术的核心
黑箱建模法（或称数据驱动建模法）
基于积累的过程运行数据，用统计学习、人工智能等方法建立对象的 输入输出关系模型。
预测控制算法的核心：
预测模型，反馈校正，滚动优化
13
4.2.2 模型算法控制
1）预测模型
对于线性对象，其脉冲响应模型可以表示为 y(k) hiu(k i) i 1
对于渐进稳定对象，由于
lim
j
h
j
0
因此，对象的矩阵脉冲响应模型就可以近似表示为
N
yM (k) hˆiu(k i) i 1
模型在下一时刻到P个时刻的输出可以表示为
产生背景： ① 复杂工业过程模型无法精确表达 ② 计算机技术的飞速发展和在工业控制领域的应用。 ③ 工程应用角度，希望模型要求低、控制质量好、在
线实现方便。
预测控制是对数学模型依赖性不是很强的控制方法。
10
4.2.1 预测控制的基本原理
相关变量说明:
设定值
过去 ys
过去的输出与控制
未来 yM (k)
优势：综合性能好 缺点：模型结构各异，建模难度高
参数估计器
变化
输入 数据 参数 模型
机理 输出 模型
混合模型结构示意图 (a)
输入
机理 模型
(函数关系已知部分)
数据 模型
(函数关系难确定部分)
混合模型结构示意图 (b)
模型 输出 融合 算法
7
4.1.3 软测量技术的使用
辅助变量
软测量模型
建模方法
• 机理建模法 • 黑箱建模法 • 混合建模方法
钢包炉体
不能有效测量
准确性 连续性 及时性
• 经验估算 • 多步控制
• 经验估算误差大 • 生产节奏快
控制效率低、精度差
4.1.1 软测量技术的基本概念
软测量技术（soft sensor technique）
结合生产过程知识，应用计算），通过选择另外一些容易测量的变量（称为 辅助变量），并与主导变量构成某种数学关系来进行推断估计，以软件代 替硬件（传感器）。
yc Hu H1u1 ( y yM )
15
4.2.2 模型算法控制
2）模型校正
yc Hu H1u1 ( y yM )
yc (k 1) hˆ1u(k) hˆ2u(k 1) hˆNu(k N 1) y(k) yM (k) yc (k 2) hˆ1u(k 1) hˆ2u(k) hˆNu(k N 2) y(k) yM (k)
主导变量
机理分析、选择辅 助变量
数据采集和预处理
建立软测量模型
输入-输出数据
控制装置上实现软 测量
8
4.1.4 软测量技术总结
“软测量技术”是把常规检测手段与被控对象的工艺、设备 有机结合起来，应用计算机信息处理、工艺规律建模、过程辨 识、人工智能学习等技术，对一些难于测量的过程变量进行推 断和估计的间接检测技术。
优势：建模简单 缺点：数据需求量大
输入x （辅助变量）
输入-输出数据对
xi , yi i 1, N
可选用的建模方法：
数据驱动建模
软测量模型
输出y （主导变量）
线性回归法：如PLS等 非线性回归法：多项式回归等 智能学习算法：神经网络等
黑箱建模原理图
6
4.1.2 软测量技术的核心
混合建模法
结合机理建模法与数据建模法的优势，利用数据建模方法对机理模 型中的未知参数或未知函数进行学习。
传感器-直接检测
互补
软测量-间接检测
• 测量准确、使用 可靠
• 难以应用于恶劣、 复杂生产环境
优化控制
• 通用性好、适用范 围宽
• 精度易受影响，需 要长期维护
9
4.2 预测控制技术
1978年，Richalet J 在Automatica期刊上首次详细阐述了 预测控制算法产生的背景、机理及工业应用效果。
估计
T
• 条件1——与温度变化相关的可测量 • 条件2——可测量与温度之间的数学关系
T FT 可测变量#1, 可测变量#2, , 可测变量#k
4
4.1.2 软测量技术的核心
机理建模法
从过程内在的物理或化学规律出发，通过物料平衡、能量平衡或动 量平衡建立对象的输入输出关系模型。
优势：性能可靠，可用于过程特性分析 缺点：建模难度高
14
4.2.2 模型算法控制
2）模型校正
利用当前时刻的模型误差进行模型校正(反馈校正法)，得到校正 后的预测输出分别为
yc (k 1) hˆ1u(k) hˆ2u(k 1) hˆNu(k N 1) y(k) yM (k) yc (k 2) hˆ1u(k 1) hˆ2u(k) hˆNu(k N 2) y(k) yM (k) yc (k P) hˆ1u(k P 1) hˆ2u(k P 2) hˆNu(k N P) y(k) yM (k)
现代过程控制基础
4 先进过程控制技术
信息学院
二○一七年十一月
1
本章内容：
软测量技术 预测控制技术 模糊控制技术
2
4.1 软测量技术
15580
测温枪
电极加热系统
现场温度测量
温度
热电偶点测
过程基本参数 • 钢水容量: 100 t • 温度区间:
1520~1620℃ • 电极加热系统参数:
功率：13500 KW
y(k)
预测输出
yR (k )
输出的期望值曲线
u(k)
当前及未来时刻的控制量
0
1
2
L-1
当前时刻 基于模型的预测控制思路
Pk
11
4.2.1 预测控制的基本原理
预测模型：根据系统的历史信息（系统输出及控制作用）和未来输 入 ，预测系统未来的输出 。
具有展示系统未来动态行为的功能。
给系统施加不同的控制作用，根据不同控制策略下的预测输出变 化,可以对这些控制策略的优劣进行对比。
过去
未来
y1
y2 y
u2
u
u1
0
k
基于模型预测对不同的控制策略对比
12
4.2.1 预测控制的基本原理
e(k) yM (k) yR (k)
预测控制算法就是要按照预测输出与期望输出的偏差，依
据某一性能指标，计算当前及未来L个时刻的控制量，使得性
能指标最小 。
u(k)(k 0,1,2,, L 1)
能量的输入
电弧加热 Q1
钢水温度变化量
能量增量
能量的散失
包衬吸热 Q2
渣面散热 Q3 加料吸热 Q4
T Q1 Q2 Q3 Q4
csteel msteel
精炼过程能流图
5
4.1.2 软测量技术的核心
黑箱建模法（或称数据驱动建模法）
基于积累的过程运行数据，用统计学习、人工智能等方法建立对象的 输入输出关系模型。
预测控制算法的核心：
预测模型，反馈校正，滚动优化
13
4.2.2 模型算法控制
1）预测模型
对于线性对象，其脉冲响应模型可以表示为 y(k) hiu(k i) i 1
对于渐进稳定对象，由于
lim
j
h
j
0
因此，对象的矩阵脉冲响应模型就可以近似表示为
N
yM (k) hˆiu(k i) i 1
模型在下一时刻到P个时刻的输出可以表示为
产生背景： ① 复杂工业过程模型无法精确表达 ② 计算机技术的飞速发展和在工业控制领域的应用。 ③ 工程应用角度，希望模型要求低、控制质量好、在
线实现方便。
预测控制是对数学模型依赖性不是很强的控制方法。
10
4.2.1 预测控制的基本原理
相关变量说明:
设定值
过去 ys
过去的输出与控制
未来 yM (k)
优势：综合性能好 缺点：模型结构各异，建模难度高
参数估计器
变化
输入 数据 参数 模型
机理 输出 模型
混合模型结构示意图 (a)
输入
机理 模型
(函数关系已知部分)
数据 模型
(函数关系难确定部分)
混合模型结构示意图 (b)
模型 输出 融合 算法
7
4.1.3 软测量技术的使用
辅助变量
软测量模型
建模方法
• 机理建模法 • 黑箱建模法 • 混合建模方法
钢包炉体
不能有效测量
准确性 连续性 及时性
• 经验估算 • 多步控制
• 经验估算误差大 • 生产节奏快
控制效率低、精度差
4.1.1 软测量技术的基本概念
软测量技术（soft sensor technique）
结合生产过程知识，应用计算），通过选择另外一些容易测量的变量（称为 辅助变量），并与主导变量构成某种数学关系来进行推断估计，以软件代 替硬件（传感器）。
yc Hu H1u1 ( y yM )
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4.2.2 模型算法控制
2）模型校正
yc Hu H1u1 ( y yM )
yc (k 1) hˆ1u(k) hˆ2u(k 1) hˆNu(k N 1) y(k) yM (k) yc (k 2) hˆ1u(k 1) hˆ2u(k) hˆNu(k N 2) y(k) yM (k)
主导变量
机理分析、选择辅 助变量
数据采集和预处理
建立软测量模型
输入-输出数据
控制装置上实现软 测量
8
4.1.4 软测量技术总结
“软测量技术”是把常规检测手段与被控对象的工艺、设备 有机结合起来，应用计算机信息处理、工艺规律建模、过程辨 识、人工智能学习等技术，对一些难于测量的过程变量进行推 断和估计的间接检测技术。
优势：建模简单 缺点：数据需求量大
输入x （辅助变量）
输入-输出数据对
xi , yi i 1, N
可选用的建模方法：
数据驱动建模
软测量模型
输出y （主导变量）
线性回归法：如PLS等 非线性回归法：多项式回归等 智能学习算法：神经网络等
黑箱建模原理图
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4.1.2 软测量技术的核心
混合建模法
结合机理建模法与数据建模法的优势，利用数据建模方法对机理模 型中的未知参数或未知函数进行学习。
传感器-直接检测
互补
软测量-间接检测
• 测量准确、使用 可靠
• 难以应用于恶劣、 复杂生产环境
优化控制
• 通用性好、适用范 围宽
• 精度易受影响，需 要长期维护
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4.2 预测控制技术
1978年，Richalet J 在Automatica期刊上首次详细阐述了 预测控制算法产生的背景、机理及工业应用效果。
估计
T
• 条件1——与温度变化相关的可测量 • 条件2——可测量与温度之间的数学关系
T FT 可测变量#1, 可测变量#2, , 可测变量#k
4
4.1.2 软测量技术的核心
机理建模法
从过程内在的物理或化学规律出发，通过物料平衡、能量平衡或动 量平衡建立对象的输入输出关系模型。
优势：性能可靠，可用于过程特性分析 缺点：建模难度高