非线性增益补偿

对象非线性增益补偿戴连奎浙江大学控制学院2017/05/04多回路PID控制方案为改善被控变量CV的动态性能(1)串级控制(2)前馈反馈控制(3)变比值控制为满足工艺过程提出的特殊需要(1)（液位与流量）均匀控制(2)（两流量之间的）比值控制(3)（两被控变量之间的）超驰控制或选择控制(4)（两控制阀之间的）分程控制(5)（主回路的）阀位控制内容调节阀的非线性及其补偿控制通道的非线性及其补偿pH中和过程的非线性控制气动调节阀的静态特性分析pc薄膜片弹簧推杆密封填料阀芯..............I/PulfRcI/Pu调节机构pc阀座l流量控制通道fRcI/P：电气转换器u：控制信号pc：阀膜头气动压力信号l：阀杆位移f：阀流通面积Rc：实际控制流量调节阀的理想流量特性100806040200204060801003.3f×100l×1001243调节阀理想流量特性：当控制阀两端差压恒定时，通过控制阀的流量和阀杆位移之间的函数关系。()flf为相对流通面积；l为阀杆相对位移：线性阀（1）：等百分比阀或称对数阀（2）：控制阀静态特性分析（以气开阀为例）线性阀Vfcu1[1(1)]VfRuR假设011,1;30VVuuffRR等百分比阀1uVfR2VVfcfu020406080100020406080100u,%f,%对数阀线性阀调节阀实际流量特性分析阀阻比S100：调节阀全开时的两端压降与系统总压降之比，即10010010010011pppppSeepSepΔppSpep0Qp调节阀实际流量特性（续）100806040200204060801003.3q×100l×100S100=10.750.500.20100806040200204060801003.3q×100l×100S100=10.800.500.20线性阀的特性变异对数阀的特性变异maxmax//,/ccvQQqRRKlL调节阀流量特性总结线性阀：在理想情况下，调节阀的放大增益Kv与阀门开度无关；而随着管路系统阀阻比的减少，当开度到达50~70%时，流量已接近其全开时的数值，即Kv随着开度的增大而显著下降。对数阀：在理想情况下，调节阀的放大增益Kv随着阀门开度的增大而增加；而随着管路系统阀阻比的减少，Kv渐近于常数。调节阀流量特性的选择选择原则：仅当对象特性近似线性而且阀阻比大于0.60以上（即调节阀两端的压差基本不变），才选择线性阀，如液位控制系统；其他情况大都应选择对数阀。换热器出口温度控制系统对象特性分析过程稳态模型为：1()pFVVcRTTHR1VpVpFFHTKRcRR对象增益：讨论：由于对象增益存在非线性，当RF变化较大时，TC27的PID参数整定困难（为什么？）。如何通过增益补偿，以减少对象非线性对控制回路的影响？换热器TRVTsp工艺介质凝液蒸汽T1TT27TC27TmRFuPV补偿方法之一：非线性阀11pVFVTKRRRVVVfKfu线性阀：等百分比阀或对数阀VVRfVfcuVVffuTC27GV(s)GP(s)TT27u+_++TTspTmRVD补偿方法之二：串级控制特点：串级控制能克服因PV变化所导致的控制通道的非线性，但仍无法克服因RF变化所引起的非线性。为什么？换热器TRVTspFspPV工艺介质凝液蒸汽T1TT27TC27FT17FC17FmTmRFuFT11FC11uRFsp补偿方法之三：变比值控制讨论（1）指出温度控制回路所对应的广义对象的输入输出；（2）为什么说，TC27所涉及的广义对象是近似线性的，即使RF发生大范围的变化？RV工艺介质凝液换热器蒸汽RFT1RFmFT11FT17RVmuFC17RVspTTmTT27TC27u2×TsppH中和过程的工艺原理F1，pH1pHm碱液酸液中和池中和管AT51F2，pH21410HOH141010pHpHHOH反应方程式：2HOHHO化学平衡：pH的定义：pH=－lg[H+]pH中和过程的控制问题F1，pH1pHm碱液酸液中和池中和管AT51F2，pH2141010pHpHxOHH定义：基本pH控制方案F1，pH1pHmpHsp碱液酸液中和池中和管AC51AT51uF2，pH2广义对象特性分析xOHH基本pH控制方案的仿真举例仿真实验过程(1)pHsp:6.5↑7.0（在60min时）(2)F1:30↓15L/min（在110min时）(3)pH1:5↓4.5（在160min时）(4)pH2:11↓10.5（在210min时）pH变比值串级控制方案优缺点分析u2×pHmpHspAC51AT51FT22FC22中和管FT21F1，pH1碱液酸液F2，pH2pH变比值串级控制仿真举例仿真实验过程(1)pHsp:6.5↑7.0（在60min时）(2)F1:30↓15L/min（在110min时）(3)pH1:5↓4.5（在160min时）(4)pH2:11↓10.5（在210min时）非线性增益pH控制方案pHmpHspAC52AT51FT22FC22中和管F2spF1，pH1碱液酸液F2，pH2问题：如pH设定值不在7.0，控制性能会如何变化?PID流量回路中和过程AT51pHm+_++pHsppHF2spF2AC52（非线性控制器）D非线性增益pH控制仿真举例仿真实验过程(1)pHsp:6.5↑7.0（在60min时）(2)F1:30↓15L/min（在110min时）(3)pH1:5↓4.5（在160min时）(4)pH2:11↓10.5（在210min时）基于非线性变换的pH控制方案77710()1010pHpHZOHHfpH基本思想：通过控制中和过程的酸碱离子浓度，来间接控制pH值；而Zm反映了中和管中的碱酸离子浓度差，当基本条件不变时，它与碱液流量F2成正比，即广义对象近似线性。DZspZmPIDpHm+_pHspf(z)f(z)AT51流量回路中和过程F2spF2AC53（非线性变换控制器）pH基于非线性变换的pH控制仿真仿真实验过程(1)pHsp:6.5↑7.0（在60min时）(2)F1:30↓15L/min（在110min时）(3)pH1:5↓4.5（在160min时）(4)pH2:11↓10.5（在210min时）对象非线性增益补偿方法非线性控制阀串级控制变比值控制（控制器）非线性增益的引入（广义对象）非线性变换环节的引入对象参数辨识+控制器增益调整常用多回路PID控制方案特点为改善被控变量CV的动态性能(1)串级控制(2)变比值控制为满足工艺过程提出的特殊需要(1)（液位与流量）均匀控制(2)（两流量之间的）比值控制(3)（两被控变量之间的）超驰控制或选择控制(4)（两控制阀之间的）分程控制(5)（主回路的）阀位控制控制系统设计习题过程控制方案设计题