推断控制

推断控制姓名：学号：内容推断控制原理1简单推断控制系统2输出可测的推断控制4推断反馈控制系统3推断控制原理一.生产过程的被控变量(过程的输出)有时不能直接测得，因而就难于实现反馈控制。如果扰动可测，则尚能采用前馈控制。假若扰动也不能直接测得，则可以采用推断控制。推断控制是利用数学模型由可测信息将不可测的输出变量推算出来实现反馈控制，或将不可测扰动推算出来以实现前馈控制。推断控制假若被控变量不可测，只需要采用可测的输入变量或其余辅助变量即可推算出来，这是推断控制中最简单的情况，习惯上称这种系统为“采用计算指标的控制系统”，例如热焓控制、内回流控制、湿含量、转化率控制等等。对于不可测扰动的推断控制是美国学者C·B·Brosilow等于1978年提出来的。它利用过程的辅助输出，如温度、压力、流量等测量信息，来推断不可直接测量的扰动对过程主要输出（如产品质量、成分等）的影响。然后基于这些推断估计量来确定控制输入，以消除不可直接测量的扰动对过程主要输出的影响，改善控制品质。推断控制简单推断控制系统二.推断控制推断控制系统的组成框图推断控制估计器A(s)辅助输出θ(s)不可测扰动u(s)Y(s)主要输出推断控制G1(s)E(s)P(s)C(s)P(s)B(s)估计模型控制输入m(s)过程其实质是估计出不可测的扰动以实现前馈性质的控制，从这个意义上讲它是开环的。由于过程的主要输出y(s)是不易测量的被控变量，因此引入易测量的过程辅助输出θ(s)。它们与不可直接测量扰动u(s)以及控制输入m(s)的关系可描述为：y(s)=C(s)m(s)+B(s)u(s)θ(s)=P(s)m(s)+A(s)u(s)推断控制信号分离引入估计模型，将不可测扰动u(s)对θ(s)的影响分离出来，若，则送入估计器E(s)的信号为)(SP)()(SPSP)()()()()()(SuSASmSPsS推断控制估计器E（S）估计器用于估计不可直接测量扰动对过程主要输出y(s)的影响，由于估计器的输入信号为A(s)u(s)，设估计器为E(s)=B(s)A-1(s)或采用最小二乘估计器E(s)=B(s)[AT(s)A(s)]-1AT(s)则估计器输出为β(s)=E(s)A(s)u(s)=B(s)u(s)它等于不可直接测量扰动u(s)对过程主要输出y(s)的影响估计值。推断控制推断控制器它的设计应能使系统对设定值变化具有良好的跟踪性能，对外界扰动具有良好的抗干扰能力。由于因此当推断控制器GI(s)设计为GI(s)=C-1(s)或GI(s)=CT(s)[C(s)CT(s)]-1时，在不可直接测量扰动u(s)作用下，主要输出y(s)=0，而在设定值发生变化时y(s)=yd(s)。B(s)u(s)+(S)m(S)]}P-E(S)[θ(S)-(s){yd(s)C(s)G=y(s)I推断控制对于实际系统，这样设计的控制系统式有时难于实现(受元器件的物理约束)，为此需加入滤波器F(s)，即：GI(s)=C-1(s)F(s)或者GI(s)=CT(s)[C(s)CT(s)]-1F(s)在此条件下，系统的主要输出y(s)为：y(s)=F(s)yd(s)+[I-F(s)]B(s)u(s)推断控制器推断控制对于单输入单输出系统，滤波器可选用式中T为时间常数,它的选择直接影响系统的动态行为。加入滤波器F(s)之后，要实现设定值变化的动态跟踪以及不可直接测量扰动的完全动态补偿是不可能的,但只要滤波器的稳态放大倍数为1，则系统的稳态性能就能够得到保证，实现稳态无差控制。推断控制器nsTSeSF)1()(推断控制推断控制系统的成功与否，在于是否有可靠的不可测变量（输出）估计器，而这又取决于过程模型的精度。由于推断控制是基于模型的控制，要获得精确过程模型的难度较大，所以这类推断控制应用不多。推断控制注意推断反馈控制系统三.推断控制单纯的推断控制系统是一种开环系统，在可能的条件下，推断控制常与反馈控制系统结合起来，以构成推断反馈控制系统。推断控制估计器A(s)辅助输出θ(s)不可测扰动u(s)Y(s)Yd(s)G1(s)E(s)P(s)C(s)P(s)B(s)估计模型过程GL(s)Gc(s)Gm(s)在推断反馈控制系统中，反馈回路中含有较大的测量滞后Gm(s)，因此反馈控制部分的设计应做特殊的考虑，而推断控制部分的设计与前述方法一致。首先，为了消除模型不准确以及其他扰动所引起的稳态偏差，所引入的反馈控制部分应该具有较慢的控制作用，因此反馈控制器Gc(s)宜采用较大的积分时间和较大的比例度，或者采用纯积分控制器。其次，在设定值变化时，由于推断控制部分具有很快的响应速度，而反馈控制部分响速度通常很慢，为了保证两个控制系统与设定值变化的响应相匹配，则在反馈控制部分引入了均衡环节GL(s)，以调整反馈控制部分的响应速率。推断控制均衡环节GL(s)的设计原理：y(s)=C(s){GI(s)yd(s)+Gc(s)[GL(s)yd(s)-Gm(s)y(s)]}若GL(s)=Gm(s)C(s)GI(s)则y(s)=C(s)GI(s)yd(s)由于GI(s)C(s)=I故y(s)=yd(s)这与单纯推断控制系统在设定值变化时的响应是一致的，故均衡环节通常为：GL(s)=Gm(s)C(s)GI(s)推断控制输出可测的推断控制四.推断控制输出可测，而扰动不可测的情况下，不需要二次输出，也不需要估计器。对系统设计来说，仅需要一个估计模型。系统组成B(s)GI(s)C(S)U(s)Yd(s))(ˆsCY(s))(SC推断控制系统输出控制器滤波器F(s)的设计原则同前当时，可知在模型准确的情况下，输出响应与输出不可测情况下的推断控制一样。推断控制sUsCsCsGsCsGsBsYsCsCsGsCsGsYIIdIIˆ1ˆ1ˆ1sCsFsGIˆ/sCsCˆsUsBsFsYsFsYd1设，则系统输出因为滤波器的静态增益F(0)=1，在设定值阶跃作用下，系统输出的稳态增益偏差为在阶跃不可测扰动作用下，系统输出的稳态偏差为推断控制模型误差sCsCˆsUSBsCsCsCsFSFsYsCsCsCSFsCsCSFsYd)(ˆˆ1)(1ˆˆ)(1ˆ)(0)0()0(0CC(0)CC(0)-1Y(0)-Yd00Y稳态性能好B(s)GI(s)C(S)U(s)Yd(s)Y(s))(ˆsC等效反馈控制器虚线框内的部分相当于一个反馈控制器，其等效传递函数为)](1)[()()()(1)(SFSCSFSCSGSGII因为滤波器的静态增益F(0)=1，故在稳态时，等效反馈控制器在理论上具有无穷大的增益。这就是这种结构的控制系统能消除稳态偏差的原因。推断控制从克服扰动影响的角度，输出可测条件下的推断控制可以看成是前馈-反馈控制的一种延伸和发展。与前馈-反馈控制相比，它具有如下特点：不要求扰动是可测量的；只需要建立控制通道的模型，而无需建立扰动通道的模型；前馈控制只对特定的扰动有效，推断控制则不然；可调参数少。推断控制