机电一体化系统常用控制策略介绍
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
解耦控制就是解决这样的控制问题的主要办法。其 基本思想是：设计一个解耦补偿器来消除多变量系 统中各个输入输出变量间的关联作用，使一个控制 输入只对其相应的输出有影响以把多变量系统分解 成几个单变量系统，然后在每个已解耦的控制回路 中，认为各控制器只对其相应的被控变量施加控制 作用，从而可采用相应的单变量控制策略。
主环和幅环都有各自的调节对象、测量变送器和调节器。串级 控制系统的优点是：对二次干扰有很强的克服能力，改善了对 象的动态特性，提高了系统的工作频率，对负荷或操作条件的 变化有一定的自适应能力。
解耦控制
工业应用中的许多系统都是多变量系统，其中每个 变量之间存在着耦合关系。在复杂的生产设备中往 往需要设置若干个控制回路来稳定各个被控制变量。 多数情况下，这几个控制回路间存在着相互关联， 相互耦合，形成了多输入、多输出的相关控制系统。 不能将它们当成独立的单回路系统而简单地采用单 变量控制策略。
系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等。 控制思路：基于时域法为主，通过大系统的多级递阶控制、分
解—协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论，解决大 系统的最优化。 随着社会的需要，自动控制理论也在急剧地发展。目前已进入 了第四阶段。其主要发展方向有：稳定性、最优化、定性结构、 计算机与控制。
机电一体化系统的常用控制策略
姓名： 学号：
目录
一、自动控制理论的发展情况 二、智传统控制策略 三、现代控制策略 四、智能控制策略
自动控制理论的发展情况
随着生产的发展，控制技术不断发展，尤其是计算机 的更新换代，更加推动了控制理论不断向前发展。控制理论 的发展过程一般可分为三个阶段： 20世纪40年代之前，科学家的早期探索。 第一阶段：20世纪40、60年代，称为“经典控制理论”时
自动控制理论的发展情况
第三阶段：大系统理论和智能控制理论阶段（八十年代兴起至今） 大系统理论，是指规模庞大、结构复杂、变量众多、关联严
重、信息不完备的信息与控制系统。智能控制系统是具有某些仿 人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人。 控制系统的特点：是指众多因素复杂的控制系统，如宏观经济
鲁棒控制
系统的鲁棒性是指系统的某种性能或某个指标 在某种扰动下保持不变的程度（或对扰动不敏 感程度）。鲁棒性可分为稳定鲁棒性和品质鲁 棒性，前者指系统在某种扰动下保持稳定性的 能力，后者指保持某项品质指标的能力。
系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析 方法，分析系统性能和设计控制装置。 研究对象：单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性 定常系统。
自动控制理论的发展情况
第二阶段：现代控制论阶段（50年代末期至70年代初期） 现代控制理论，基于时域内的状态空间分析法，着重时间系 统最优化控制的研究。 控制系统的特点：为多输入---多输出系统，系统可以是
常用的模拟PID控制系统如图1所示，该系统由 模拟PID控制器、执行机构和被控对象组成。
PID控制
图1 模拟PID控制系统的原理框图
简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下： （1）比例环节：即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t) ， 偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的无差度。
积之分则作越用强的 。强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反
（3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并 能在偏差信号值变得太大之前，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。
串级控制
串级系统在结构上有两个（或多个）闭环系统，内部一个称为 幅环（幅回路）在控制过程中起“粗调”作用；外面的称为主 环（主回路），主用来完成“细调”任务最终保证被调量满足 控制要求。
传统控制策略
➢ PID控制 ➢ 串级控制 ➢ 解耦控制 ➢ 纯滞后对象的控制
PID控制
根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D） 进行控制（简称PID控制），是控制系统中应用 最为广泛的一种控制规律。实际运行经验和理 论分析都表明，运用这种控制规律对许多工业 过程进行控制时，都能得到满意的效果。
自动校正控制结构图
用辨识器对实际输出进行 辨识，结果 然后进行调整
变结构控制
变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性 表现为控制的不连续性。这种控制策略特点在于：系统 的“结构”不固定，而是可以在动态过程中根据当时的 状态以跃变方式有目的地不断变化。这里的“结构”并 非指系统的物理结构，而是系统在状态空间中的状态轨 迹的总体几何性质。
线性或非线性，定常或时变的，单变量与多变量，连续与 离散系统。 控制思路：基于时域法为主，通过大系统的多级递阶控制、 分解—协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论， 解决大系统的最优化。 理论发展：智能控制、非线性控制、、自适应控制、鲁棒 控制、模糊控制、神经网络控制、实时专家控制、定性控 制、预测控制、分布式控制系统
纯滞后控制
工业过程中的许多对象具有纯滞后特性，如蒸 汽在长管内流动到加热罐，经过一定的时间后 才能将控制作用送到被控量，即有纯时间滞后。 这个时间滞后使控制作用不能及时得到反应扰 动作用不能及时被察觉，延误了控制将会引起 系统的超调和振荡。
解决大时间滞后的源自文库代表性有效方法：大林算 法和纯滞后补偿
期。 第二阶段：20世纪60、70年代，称为“现代控制理论”时
期。 第三阶段：20世纪70年代末至今，向着“大系统理论”和
“智能控制”方向发展。
自动控制理论的发展情况
第一阶段：20世纪40、60年代，称为“经典控制理论”时 期。 是以传递函数为基础，在频率域对单输入---单输入控制
系统进行分析与设计的理论。 控制系统的特点：以输入输出特性（主要是传递函数）为
现代控制策略
➢ 自适应控制 ➢ 变结构控制 ➢ 鲁棒控制 ➢ 预测控制
自适应控制
自适应基本思想：针对对象特性的变化、漂移 和环境干扰对系统的影响，通过在线辨识使这 种影响逐渐降低以至消除。
自适应控制有模型参考自适应控制和自校正控 制。
自适应控制
模型参考自适应控制结构图
把实际输出与期望输出的比较送入 自适应机构
主环和幅环都有各自的调节对象、测量变送器和调节器。串级 控制系统的优点是：对二次干扰有很强的克服能力，改善了对 象的动态特性，提高了系统的工作频率，对负荷或操作条件的 变化有一定的自适应能力。
解耦控制
工业应用中的许多系统都是多变量系统，其中每个 变量之间存在着耦合关系。在复杂的生产设备中往 往需要设置若干个控制回路来稳定各个被控制变量。 多数情况下，这几个控制回路间存在着相互关联， 相互耦合，形成了多输入、多输出的相关控制系统。 不能将它们当成独立的单回路系统而简单地采用单 变量控制策略。
系统、资源分配系统、生态和环境系统、能源系统等。 控制思路：基于时域法为主，通过大系统的多级递阶控制、分
解—协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论，解决大 系统的最优化。 随着社会的需要，自动控制理论也在急剧地发展。目前已进入 了第四阶段。其主要发展方向有：稳定性、最优化、定性结构、 计算机与控制。
机电一体化系统的常用控制策略
姓名： 学号：
目录
一、自动控制理论的发展情况 二、智传统控制策略 三、现代控制策略 四、智能控制策略
自动控制理论的发展情况
随着生产的发展，控制技术不断发展，尤其是计算机 的更新换代，更加推动了控制理论不断向前发展。控制理论 的发展过程一般可分为三个阶段： 20世纪40年代之前，科学家的早期探索。 第一阶段：20世纪40、60年代，称为“经典控制理论”时
自动控制理论的发展情况
第三阶段：大系统理论和智能控制理论阶段（八十年代兴起至今） 大系统理论，是指规模庞大、结构复杂、变量众多、关联严
重、信息不完备的信息与控制系统。智能控制系统是具有某些仿 人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的是智能机器人。 控制系统的特点：是指众多因素复杂的控制系统，如宏观经济
鲁棒控制
系统的鲁棒性是指系统的某种性能或某个指标 在某种扰动下保持不变的程度（或对扰动不敏 感程度）。鲁棒性可分为稳定鲁棒性和品质鲁 棒性，前者指系统在某种扰动下保持稳定性的 能力，后者指保持某项品质指标的能力。
系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法这些图解分析 方法，分析系统性能和设计控制装置。 研究对象：单输入、单输出的自动控制系统，特别是线性 定常系统。
自动控制理论的发展情况
第二阶段：现代控制论阶段（50年代末期至70年代初期） 现代控制理论，基于时域内的状态空间分析法，着重时间系 统最优化控制的研究。 控制系统的特点：为多输入---多输出系统，系统可以是
常用的模拟PID控制系统如图1所示，该系统由 模拟PID控制器、执行机构和被控对象组成。
PID控制
图1 模拟PID控制系统的原理框图
简单说来，PID控制器各校正环节的作用如下： （1）比例环节：即时成比例地反映控制系统的偏差信号e(t) ， 偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。 （2）积分环节：主要用于消除稳态误差，提高系统的无差度。
积之分则作越用强的 。强弱取决于积分时间常数TI，TI越大，积分作用越弱，反
（3）微分环节：能反映偏差信号的变化趋势（变化速率），并 能在偏差信号值变得太大之前，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。
串级控制
串级系统在结构上有两个（或多个）闭环系统，内部一个称为 幅环（幅回路）在控制过程中起“粗调”作用；外面的称为主 环（主回路），主用来完成“细调”任务最终保证被调量满足 控制要求。
传统控制策略
➢ PID控制 ➢ 串级控制 ➢ 解耦控制 ➢ 纯滞后对象的控制
PID控制
根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分（D） 进行控制（简称PID控制），是控制系统中应用 最为广泛的一种控制规律。实际运行经验和理 论分析都表明，运用这种控制规律对许多工业 过程进行控制时，都能得到满意的效果。
自动校正控制结构图
用辨识器对实际输出进行 辨识，结果 然后进行调整
变结构控制
变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性 表现为控制的不连续性。这种控制策略特点在于：系统 的“结构”不固定，而是可以在动态过程中根据当时的 状态以跃变方式有目的地不断变化。这里的“结构”并 非指系统的物理结构，而是系统在状态空间中的状态轨 迹的总体几何性质。
线性或非线性，定常或时变的，单变量与多变量，连续与 离散系统。 控制思路：基于时域法为主，通过大系统的多级递阶控制、 分解—协调原理、分散最优控制和大系统模型降阶理论， 解决大系统的最优化。 理论发展：智能控制、非线性控制、、自适应控制、鲁棒 控制、模糊控制、神经网络控制、实时专家控制、定性控 制、预测控制、分布式控制系统
纯滞后控制
工业过程中的许多对象具有纯滞后特性，如蒸 汽在长管内流动到加热罐，经过一定的时间后 才能将控制作用送到被控量，即有纯时间滞后。 这个时间滞后使控制作用不能及时得到反应扰 动作用不能及时被察觉，延误了控制将会引起 系统的超调和振荡。
解决大时间滞后的源自文库代表性有效方法：大林算 法和纯滞后补偿
期。 第二阶段：20世纪60、70年代，称为“现代控制理论”时
期。 第三阶段：20世纪70年代末至今，向着“大系统理论”和
“智能控制”方向发展。
自动控制理论的发展情况
第一阶段：20世纪40、60年代，称为“经典控制理论”时 期。 是以传递函数为基础，在频率域对单输入---单输入控制
系统进行分析与设计的理论。 控制系统的特点：以输入输出特性（主要是传递函数）为
现代控制策略
➢ 自适应控制 ➢ 变结构控制 ➢ 鲁棒控制 ➢ 预测控制
自适应控制
自适应基本思想：针对对象特性的变化、漂移 和环境干扰对系统的影响，通过在线辨识使这 种影响逐渐降低以至消除。
自适应控制有模型参考自适应控制和自校正控 制。
自适应控制
模型参考自适应控制结构图
把实际输出与期望输出的比较送入 自适应机构