自动控制原理 第三章 控制系统的时域分析_百度文库
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自动控制原理 第三章 控制系统的时域分析
&&21 世纪全国高等院校自动化系列实用规划教材,自动控制原理,北京大学出版社,中国林业出版社出版。主编：潘丰、张开如。
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(最多只允许输入30个字)模型预测控制系统的性能评价研究--《天津理工大学》2015年硕士论文
模型预测控制系统的性能评价研究
【摘要】：模型预测控制是一种新型的先进控制算法,它的发展是经过计算机的辅助功能,再对先进算法的应用过程进行改进。随着现代化的科学进步,工业现场的过程正在趋于复杂化、大量化。更需要先进的控制理论来支持工业的发展。可以将MPC总结为三要素它的三要素可以总结为预测模型、滚动优化、反馈控制,然后可以针对一些耦合的现象进行分析处理,形成先进控制层中的重要组成部分。虽然MPC控制器广泛的应用到工业现场过程中,但是由于实际工业现场情况复杂,多因素的干扰,中且MPC控制器设计定型。基于现场运行,性能指标并不尽人如意。受到外界因素的扰动、不可测的变化因素的影响,没有定期的维护等原因,都会造成控制性能下降,因此开展对MPC控制器的控制性能的评价是具有深远意义的。本文基于以上课题背景针对模型预测控制系统的性能评价开展研究,具体研究内容包括以下几个方面:基于模型预测控制以及控制器性能评价与的课题背景、基本原理与发展过程。开展工作,针对模型预测的动态矩阵控制思想,深入分析单变量与多变量控制系统,并利用单变量的单容水箱模型进行仿真实验,验证基于DMC控制方法下的模型预测控制的先进性。针对单变量系统的控制过程,首先阐述传统最小方差基于单变量模型的性能评价算法,并整合了最小方差的具体评价步骤。引入多变量系统,介绍关联矩阵为预备知识,针对多变量系统提出了两种评价方法:基于MIMO系统的传统反馈控制法、多变量最小方差基准评价方法。将MPC的滚动时域思想和传统最小方差性能评价机理相结合,设计了针对滚动时域思想的MVC控制器,并针对仿真系统的单变量的水箱模型以及多变量的精馏塔模型进行仿真实验,仿真验证了该性能评价方法较传统最小方差评价更具有实际意义,并验证了该评价方法的有效性。提出基于广义思想的最小方差(GMVC)控制器的设计方法,对MPC控制性能评价方法,并对GMVC基准与MVC基准的优缺点进行数据曲线的对比分析。针对模型预测控制,采用基于数据统计中的历史数据的评价方法,结合历史性能指标与设计性能指标对MPC控制器的在线监控数据进行采集分析,分析数据进而用于MPC控制器的参数整定。针对部分不匹配、不可测噪声干扰的模型,采用残差的累积和控制图的方法,监控变量中自相关现象严重、变小等情况,针对不同的影响控制效果的原因,通过统计控制图来进行分析。通过实验室甲醇精制半实物仿真模型,针对多变量系统的精馏塔模型进行仿真,通过仿真的数据收集和仿真曲线体现的分析,验证了该方法的可行性和有效性。
【学位授予单位】：天津理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TP273
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控制系统的时域响应分析
§3 控制系统的时域响应分析
所要解决的问题:一. 在时域中,系统加入输入信号后,其输出随时间的变化; 二. 从动力学观点分析研究机械系统随时间变化的运动规律。
时域响应及典型输入信号一阶系统的瞬态响应二阶系统的瞬态响应时域分析性能指标
§3 控制系统的时域响应分析
时域分析:是根据微分方程,利用拉氏变换直接求出系统的时间响应,然后按照响应曲线来分析系统的性能。
典型信号输入
控制系统(微分方程)
§3.1 时域响应基本概念
时域分析方法,是一种直接分析方法,具有直观准确的优点,尤其适用于低阶系统。
分析瞬态响应时,往往选择典型输入信号,好处是:
(1)数学处理简单,给定典型输入信号下的性能指标,便于分析、设计系统; (2)典型输入信号的响应可以作为分析复杂输入时系统性能的依据; (3)便于进行系统辨识,确定未知环节的传递函数。
瞬态响应:系统在某一输入信号作用下,其输出量从初始状态到稳定状态的响应过程。
稳定响应:当某一信号输入时,系统在时间趋于无穷大时的输出状态。
§3.1 时域响应基本概念
§3.1 时域响应基本概念
典型输入信号
4 脉冲信号
§3.1 时域响应基本概念
§3.2 一阶系统的瞬态响应
一阶系统:能够用一阶微分方程描述的系统。如:一阶惯性环节
微分方程为:
传递函数为:
典型系统:电炉、液位
一阶系统框图:1
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