第二章簡單自適應(yīng)控制

第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)問題的提出簡單自適應(yīng)系統(tǒng)特點案例分析與討論

系統(tǒng)較不復(fù)雜，不需要建立受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，不需要進行復(fù)雜的最優(yōu)化計算。

沒有統(tǒng)一模式，它們是因?qū)ο蟛煌惖摹?/p>

只需針對性地引入一些適應(yīng)性的補償環(huán)節(jié)，就可以解決問題。

在原有的基本控制方案的基礎(chǔ)上，添加一些簡單的適應(yīng)性環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)不是最優(yōu)的，但往往能取得比較好的控制效果。計算機控制系統(tǒng)簡介設(shè)定值控制（SetPointControl)SPCR(s)+-E(s)U(s)C(s)計算機直接數(shù)字控制（DirectDigitalControl)DDCR(s)U(s)C(s)計算機控制器§1多段溫度控制的簡單自適應(yīng)系統(tǒng)例1.碳纖維予氧爐升溫過程的溫度控制-新型的工程材料，具有高強度、高模量、重量輕、耐高溫我校碳纖維研究中心裝置介紹

聚丙烯晴原絲→予氧化→碳化→碳纖維

予氧爐：要求爐內(nèi)加熱均勻，溫度梯度不超過±5℃。

控制要求：-一般用于軍工，如制造火箭彈頭，飛機外殼-轉(zhuǎn)向民用，如體育器材

第二章

簡單自適應(yīng)系統(tǒng)自適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計例1.碳纖維予氧爐升溫過程的溫度控制每分鐘測量三點溫度，找到最低溫度點，改變其它兩點的溫度設(shè)定值:限定：Ts≤TRi≤TaTRi:升溫較快的第i段溫度的設(shè)定值U=Ki(TRi-Ti)Ti:第i段溫度

Ts:最低段溫度

K1:系數(shù),Ki:第i段調(diào)節(jié)器增益

Ta:本區(qū)段欲達到的溫度值系統(tǒng)的適應(yīng)性：改變（降低）升溫較快段的溫度設(shè)定值，數(shù)值取決于兩段溫差和本段調(diào)節(jié)器增益第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§1多段溫度控制的簡單

自適應(yīng)系統(tǒng)§2對負荷擾動的適應(yīng)性例2氧化爐平穩(wěn)收率控制中工作點的修改穩(wěn)態(tài)工作點：要求操作工況穩(wěn)定在一組要求的設(shè)定值附近。負荷擾動：受上下游工藝影響，被處理的生產(chǎn)物料量經(jīng)常波動。氧化塔：反應(yīng)器由分層塔板組成，共8層。

第二章

簡單自適應(yīng)系統(tǒng)其反應(yīng)動力學(xué)方程為:例2氧化爐平穩(wěn)收率控制中工作點的修改穩(wěn)態(tài)方程:其中M:單位體積液體中物料的總克分子數(shù)Ti:第i塊塔板的溫度Q:進料流量，E:反應(yīng)活化能Ci:第i塊塔板的物料濃度R:頻率因子控制目標：采出濃度C8主要擾動：Q，負荷，由前段生產(chǎn)工序確定，經(jīng)常波動，如7000-11000升/小時變化第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§2對負荷擾動的適應(yīng)性自適應(yīng)控制設(shè)計步驟：例2氧化爐平穩(wěn)收率控制中工作點的修改1、對于特定的Q值，可定出一組穩(wěn)定工作點，Q，C1，C2，...C8，T1，T2，...T82、把Q的變化范圍分成四段，分別計算穩(wěn)態(tài)工作點

負荷 典型值塔板濃度 溫度調(diào)節(jié)器參數(shù)7000-8000 7500 C1...C8 T1...T8 P，Ti，Td8000-9000 8500 C1...C8 T1...T8 P，Ti，Td9000-10000 9500 C1...C8 T1...T8 P，Ti，Td10000-11000 10500C1...C8 T1...T8 P，Ti，Td3、存表格于計算機第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§2對負荷擾動的適應(yīng)性自適應(yīng)控制實現(xiàn)：例2氧化爐平穩(wěn)收率控制中工作點的修改→實測輸入流量Q→查表→輸出相應(yīng)的工作點數(shù)值，作為設(shè)定值圖表法:把可能發(fā)生的工況分為幾擋，分別制訂相應(yīng)的控制措施，通過查表，對這種擾動作出相應(yīng)的調(diào)整。特點：理解直觀，實施容易，應(yīng)用廣泛。系統(tǒng)的控制精度取決于分檔的精度。第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§2對負荷擾動的適應(yīng)性§3自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器：優(yōu)點：PID調(diào)節(jié)器+自適應(yīng)控制=自適應(yīng)（自整定PID調(diào)節(jié)器）研究歷史：

FOXBORO公司84年的EXACT

專家自適應(yīng)調(diào)節(jié)器(ExpertAdaptiveController)

NAFCONTROLS公司的Autotuner等

第二章

簡單自適應(yīng)系統(tǒng)具有很高的實用價值，持續(xù)不斷的的研究熱情，包括國際著名學(xué)者，如前國際控制聯(lián)合會主席Astrom。缺點：參數(shù)整定依賴經(jīng)驗高可靠性和高穩(wěn)定性，95%以上的應(yīng)用率已完成商業(yè)化產(chǎn)品：討論自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)器分類：基于過程的全參數(shù)辨識，利用辨識出的參數(shù)，設(shè)計

PID調(diào)節(jié)器，通稱參數(shù)自適應(yīng)PID調(diào)節(jié)器?；诒豢剡^程的某些特征參數(shù)，如臨界振蕩頻率fc、臨界增益Kc等，利用經(jīng)驗公式整定方法，給出PID參數(shù)智能式PID調(diào)節(jié)器（EXACT）,基于規(guī)則的自適應(yīng)控制器第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器一ZIEGLER-NICHOLS方法(臨界比例度法)比例調(diào)節(jié)器Kc

對象振蕩周期Tc-臨界周期調(diào)節(jié)器的增益Kc-臨界增益ZIEGLER-NICHOLS公式（4:1衰減比）第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器

調(diào)節(jié)規(guī)律δ(%)TITdP2 PI2.20.85Tc PID 1.70.5Tc0.13Tc增益Kc的倒數(shù)×100：臨界比例度(%)條件穩(wěn)定系統(tǒng)二Astrometal方法理論依據(jù):一個相位至少滯后π的系統(tǒng)，在繼電控制下，能夠出現(xiàn)等幅振蕩，振蕩周期為Tc,即系統(tǒng)臨界周期。

加入繼電元件，立刻使系統(tǒng)發(fā)生等幅振蕩振蕩頻率-對象的臨界頻率fc

繼電元件的描述函數(shù)N(a)=4d/(πa)-對象的臨界增益KcTc、Kc由對象特性決定。如何實測？利用ZIEGLER-NICHOLS

公式整定參數(shù)第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器

實驗有一個3階對象，其傳遞函數(shù)如下。要求使用上述方法對其實施自適應(yīng)PID控制。

步驟1、選擇采樣時間0.1s，把對象離散化。

2、加繼電（開關(guān)）控制，測量對象的Tc,Kc。

3、利用ZIEGLER-NICHOLS公式表，確定PID參數(shù)。4、實現(xiàn)閉環(huán)控制。

如何獲得Tc,Kc?

運行程序1000次，采樣時間是0.1s，Tc=?Kc=繼電元件的描述函數(shù)N(a)=4d/(πa)(d=1)如何決定初始條件？如何實現(xiàn)閉環(huán)仿真控制？指導(dǎo)思想總結(jié)：當(dāng)需要整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時，首先激勵系統(tǒng)，獲得與系統(tǒng)特性有關(guān)的信息(如Tc、Kc等)利用系統(tǒng)特征參數(shù)與PID調(diào)節(jié)器參數(shù)之間的經(jīng)驗式，調(diào)整PID參數(shù)第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器二Astrometal方法常規(guī)PID調(diào)節(jié)器的理想算式和相應(yīng)的傳遞函數(shù)為討論：數(shù)字調(diào)節(jié)器的表示方法對上式中的積分和微分式采用反向差分近似式時，可得PID作用與人工智能的比較:微分作用，體現(xiàn)改變趨勢，類似于人的預(yù)見性，微分作用只敏感于變化快的信號。積分作用，記憶功能。人的記憶功能具有某種選擇性，積分控制作用不具備。比例作用，線性放大(或縮小)，類似于人腦的想象功能，想象力具有非線性和時變性，比例控制作用不具備。三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器

仿人智能控制的原理與結(jié)構(gòu)（1）仿人智能控制的基本思想分析二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)1、OA段：采取變增益控制3、BC段：不加積分控制作用三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器2、AB段：增加積分控制作用4、CD段：采用PI控制5、DE段：不加積分控制作用0ytABCDEFGHabcdefgh（2）被控過程的特征變量三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器誤差e=r-y，誤差變化Δe，控制器的輸出u=f(e,Δe)其它的特征變量1、e·Δe：描述系統(tǒng)誤差變化的趨勢令：Δen＝en-en-1=(r-yn)-(r-yn-1)=yn-1-yn

Δen-1=Δen-1-Δen-2第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器

仿人智能控制的原理與結(jié)構(gòu)r0tABCDE表：特征變量的符號變化

OA段AB段BC段CD段DE段en>0

<0<0>0>0Δen<0<0>0>0<0en.Δen

<0>0<0>0<02、Δen·Δen-1：表征誤差出現(xiàn)極值狀態(tài)的特征量Δen·Δen-1≤0表征出現(xiàn)極值，則Δen·Δen-1＞0表征無極值。把en·Δen和Δen·Δen-1聯(lián)合使用，表征誤差是極大值還是極小值。3、Δ（Δe）：描述動態(tài)過程的一個特征量

ABC段：Δ（Δe）＞0，處于超調(diào)段；

CDE段：Δ（Δe）＜0，處于回調(diào)段。還有│Δe/e│，│Δen/Δen-1│等（2）被控過程的特征變量三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器r0t表14-2-1特征變量的符號變化

OA段AB段BC段CD段DE段

en>0

<0<0>0>0Δen<0<0>0>0<0en.Δen<0>0<0>0<0ABCDE令：Δen-1=Δen-1-Δen-2第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器y（2）被控過程的特征變量三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器例題：比例控制（3）仿人智能控制器

吸收了人們的操作經(jīng)驗根據(jù)偏差的大小、方向及變化趨勢選擇適當(dāng)?shù)目刂品绞胶蛥?shù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)均變化的自適應(yīng)調(diào)節(jié)器三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器第二章簡單自適應(yīng)系統(tǒng)

§3簡單自適應(yīng)的PID調(diào)節(jié)器（3）仿人智能控制器三智能或?qū)＜易赃m應(yīng)PID調(diào)節(jié)器序號 條件控制信號u(k)模式

1 |en|>m11或0開關(guān) 2en×Δen>0,m2<|en|≤m1

u(k-1)+K1×Kp×enPI（大P）3en×Δen<0,|en|<m2

u(k)=u(k-1)保持1(靠慣性)4en×Δen<0,m2<|en|≤m1

u(k-1)+K1K2Kp×enPI2(小P)5en×Δen

>0,|en|<m1