第三章、计算机控制算法

材料工程计算机技术应用3.1双位控制 .3.2比例积分微分(PID)控制 .3.3数学模型控制 .3.4模糊控制 .

材料工程 计算机技术应用第三章、计算机控制算法材料物理与化学系

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第三章、计算机控制算法3.1双位控制 . 3.2比例积分微分(PID)控制 . 3.3数学模型控制 . 3.4模糊控制 .

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3.1双位控制

基本算法双位控制是一种最简单的控制算法，它的动 作规律是当测量值大于给定值时，输出为最 大(或最小),而当测量值小于给定值时， 则输出为最小(或最大): Pmax P Pmin

e 0 e 0

或

( e 0) ( e 0 )

时

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控制实例U

上图是一个采用双位控制的液位控制系统，它利用电极式 液位计来控制贮槽的液位，槽内装有一根电极作为测量液 位的装置，电极的一端与继电器J的线圈相接，另一端调 整在液位给定值的位置，导电的流体由装有电磁阀V的管 线进入贮槽，经下部出料管流出。

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具有中间区的双位控制过程U

U

J1

开

关

L0

H0 L0

L0

增加液位下限控制电极，液位在上下限之间比较 宽的范围内波动，形成一个等幅震荡过程。

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3.2比例积分微分(PID)控制3.2.1比例控制. 3.2.2积分控制. 3.2.3微分控制. 3.2.4PID综合控制.

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3.2.1比例控制避免被控变量产生大幅振荡，使 控制器的输出值与被控变量的 偏差成比例。

b p a e

b p e a

P=KPe 式中KP是一个可调的放大倍数 (比例增益),它决定了比例 控制作用的强弱。 比例控制的优点是反应快，控 制及时，缺点是存在余差。

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3.2.2积分控制⑴积分控制规律输出变化量p与输入偏差e的积分成正比：

p K I edt当输人偏差是常数A时：

p K I Adt K I At

⑵积分控制的特点无余差，但控制动作缓慢，会出现控制不及时，当对象惯 性较大时，被控变量出现大的超调量 。

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⑶比例积分控制其规律可用公式表示： p K P (e K I edt) 常采用积分时间TI来代替KI:

1 p K P (e I edt) TI K I 计算机控制系统是一种时间离散控制系统，每隔一个周期 进行一次被控变量采样和控制量的计算，并输出到执行机 构。实际计算时需要对积分项用增量求和近似式替代：T

1

edt e t t ei 0 i i 0

n

n

i

把Δt定义成采样周期TS,则比例积分控制算式第n次采样的 输出为：

TS p n K p e n TI

ei i 0 n

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⑷比例积分控制特性 比例积分控制 综合了 比例、积分两种规律， 反应速度快，没有余 差，可对大多数控制 对象采用。 当对象滞后很大时，可 能控制时间较长、最 大偏差也较大；负荷 变化过于剧烈时，由 于积分动作缓慢，使 控制作用不及时。

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3.2.3微分控制对于惯性较大的对象，常常希望能根据被控变量变化的快 慢来控制。这就要求控制器具有微分

控制规律，就是控制 器的输出信号与偏差信号的变化速度成正比： de p TD dt 比例微分控制规律为：

比例微分控制特性： 微分作用比比例作用快，因而对惯性大的对象用比例微分 可以改善控制质量，减小最大偏差，节省控制时间。有余 差，用于控制精度要求不高，负荷变化剧烈的对象。

de p K P (e TD ) dt

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3.2.4PID综合控制⑴比例积分微分控制规律1 de p K P (e edt TD ) TI dt

写成离散形式，第n次采样时计算机输出值Pn为： TS n TD pn K p en ei (en en 1 ) TS TI i 0

⑵比例积分微分控制特性能快速进行控制，又能消除余差， 具有较好的控制性能。

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增大比例增益KP,往往使整个系统的开环增益 K增大，可以减小系统的稳态误差，提高响应 速度，但是可能会使系统不稳定。 加入积分环节，能够消除或减小系统的稳态误 差，系统动态过程的平稳性得到改善，但是会 使系统的快速性变差，系统稳定性能下降。 加入微分环节，可以提高系统的稳定性，提高 系统的快速性，可以改善系统的阻尼特性，同 时使系统超调量增加，会使系统的高频噪声放 大。

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⑶比例积分微分综合控制PID 算法虽然兼顾了各个方面，但并不是所有的控制对象 都适合。应根据不同控制对象，对象的不同时段，灵活应 用PID、PI、P和PD控制算法，才能取得最佳控制效果。 常见PID算法经验数据

:

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3.3数学模型控制3.3.1机理建模. 3.3.2实验建模.

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3.3.1机理建模⑴机理建模的方法根据对象或生产过程的内部机理，列写出各种有关的平 衡方程。如物料平衡方程、能量平衡方程、动量平衡 方程、相平衡方程以及某些物性方程、化学反应定律、 电路基本定律等，从而获取对象(或过程)的数学模 型，这类模型通常称为机理模型。

⑵机理建模的优点具有非常明确的物理意义，所得的模型具有很大的适应 性，便于对模型参数进行调整。适于在工艺比较成熟、 对机理比较了解时采用，可作用于非线性对象。

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⑶机理建模实例在渗碳工艺过程中通过平衡理论找出控制参量与炉气碳势 之间的理论关系式。设钢在渗碳炉中发生如下反应：C Fe CO 2 2CO

可求出平衡常数K2为

P 2CO K2 PCO2 C

2 PCO lg C lg lg K 2 PCO2

αC为碳在奥氏体中的活度 ，是奥氏体中的实际碳含量wc比 奥氏体饱和碳含量wc(A)。2 PCO lg(wC / …… 此处隐藏：2435字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……