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網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)時延補償與控制 版權(quán)信息
- ISBN：9787030700957
- 條形碼：9787030700957 ; 978-7-03-070095-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：
網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)時延補償與控制 內(nèi)容簡介
本書對網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)的研究方法與技術(shù)路線、使用范圍與特點、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及控制器設(shè)計等內(nèi)容，進行詳細分析與研究。針對網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)，提出基本概念、定義與5種基本結(jié)構(gòu)形式，以及17種基于新型Smith預(yù)估控制和內(nèi)模控制的網(wǎng)絡(luò)時延補償與控制方法。結(jié)合仿真實例，驗證所提方法能夠提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善動態(tài)性能、增強系統(tǒng)對反饋網(wǎng)絡(luò)通路數(shù)據(jù)丟包的魯棒性，以及協(xié)同實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度與控制功能。以真實網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程代替其間網(wǎng)絡(luò)時延預(yù)估補償模型，實現(xiàn)免除對網(wǎng)絡(luò)時延的測量、估計或辨識，降低系統(tǒng)對節(jié)點時鐘信號同步的要求。 本書可供廣域過程控制相關(guān)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域從事教學(xué)與科研、系統(tǒng)設(shè)計、工程應(yīng)用等人員閱讀與參考。
網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)時延補償與控制 目錄
目錄
前言
主要符號表
主要縮略語
第1章 緒論 1
1.1 研究目的與意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 PCCS研究狀況 3
1.2.2 NCCS研究狀況 9
1.2.3 NPCCS研究狀況 17
1.3 技術(shù)難點 17
1.4 研究內(nèi)容 18
1.5 研究目標(biāo) 18
1.6 關(guān)鍵科學(xué)問題 19
1.7 特色與創(chuàng)新性 19
1.7.1 新的研究思路 20
1.7.2 新的研究方法 20
1.8 內(nèi)容安排 21
1.9 本章小結(jié) 22
參考文獻 23
第2章 NPCCS結(jié)構(gòu)分析 31
2.1 引言 31
2.2 連接矩陣和傳輸矩陣 31
2.2.1 設(shè)備連接矩陣 31
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸矩陣 32
2.3 NPCCS結(jié)構(gòu)分類 32
2.3.1 TYPEⅠNPCCS 33
2.3.2 TYPEⅡNPCCS 36
2.3.3 TYPE?Ⅲ?NPCCS 39
2.3.4 TYPE?Ⅳ?NPCCS 42
2.3.5 TYPE?Ⅴ?NPCCS 45
2.4 內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)選擇 49
2.5 補償控制難點 50
2.6 仿真工具介紹 50
2.7 本章小結(jié) 51
參考文獻 51
第3章 新型SPC方法 52
3.1 引言 52
3.2 常規(guī)SPC方法 52
3.3 常規(guī)SPC研究與應(yīng)用 54
3.4 基于常規(guī)SPC的NCS 57
3.5 基于新型SPC(1)方法的NCS 60
3.6 基于新型SPC(2)方法的NCS 62
3.7 本章小結(jié) 64
參考文獻 64
第4章 新型IMC方法 69
4.1 引言 69
4.2 常規(guī)IMC方法 69
4.3 常規(guī)IMC研究與應(yīng)用 71
4.4 基于常規(guī)IMC的NCS 74
4.5 基于新型IMC(1)方法的NCS 75
4.6 基于新型IMC(2)方法的NCS 77
4.7 基于新型IMC(3)方法的NCS 79
4.8 內(nèi)模控制器設(shè)計 80
4.8.1 前饋控制器 81
4.8.2 前饋濾波器 81
4.8.3 內(nèi)模控制器 81
4.8.4 反饋濾波器 82
4.9 內(nèi)模控制器分析 82
4.9.1 基于新型IMC(1)方法的內(nèi)模控制器 82
4.9.2 基于新型IMC(2)方法的內(nèi)模控制器 83
4.9.3 基于新型IMC(3)方法的內(nèi)模控制器 84
4.10 本章小結(jié) 84
參考文獻 85
第5章 時延補償與控制方法(1) 89
5.1 引言 89
5.2 方法(1)設(shè)計與實現(xiàn) 89
5.2.1 基本思路 90
5.2.2 技術(shù)路線 91
5.2.3 結(jié)構(gòu)分析 93
5.2.4 控制器選擇 98
5.3 適用范圍 98
5.4 方法特點 98
5.5 仿真實例 99
5.5.1 仿真設(shè)計 99
5.5.2 仿真研究 100
5.5.3 結(jié)果分析 104
5.6 本章小結(jié) 105
參考文獻 105
第6章 時延補償與控制方法(2) 106
6.1 引言 106
6.2 方法(2)設(shè)計與實現(xiàn) 106
6.2.1 基本思路 107
6.2.2 技術(shù)路線 108
6.2.3 結(jié)構(gòu)分析 111
6.2.4 控制器選擇 115
6.3 適用范圍 115
6.4 方法特點 115
6.5 仿真實例 116
6.5.1 仿真設(shè)計 116
6.5.2 仿真研究 117
6.5.3 結(jié)果分析 121
6.6 本章小結(jié) 122
第7章 時延補償與控制方法(3) 123
7.1 引言 123
7.2 方法(3)設(shè)計與實現(xiàn) 123
7.2.1 基本思路 124
7.2.2 技術(shù)路線 125
7.2.3 結(jié)構(gòu)分析 128
7.2.4 控制器選擇 131
7.3 適用范圍 133
7.4 方法特點 133
7.5 仿真實例 134
7.5.1 仿真設(shè)計 134
7.5.2 仿真研究 135
7.5.3 結(jié)果分析 139
7.6 本章小結(jié) 140
第8章 時延補償與控制方法(4) 141
8.1 引言 141
8.2 方法(4)設(shè)計與實現(xiàn) 141
8.2.1 基本思路 142
8.2.2 技術(shù)路線 143
8.2.3 結(jié)構(gòu)分析 146
8.2.4 控制器選擇 150
8.3 適用范圍 150
8.4 方法特點 150
8.5 仿真實例 151
8.5.1 仿真設(shè)計 151
8.5.2 仿真研究 152
8.5.3 結(jié)果分析 155
8.6 本章小結(jié) 157
第9章 時延補償與控制方法(5) 158
9.1 引言 158
9.2 方法(5)設(shè)計與實現(xiàn) 158
9.2.1 基本思路 159
9.2.2 技術(shù)路線 160
9.2.3 結(jié)構(gòu)分析 164
9.2.4 控制器選擇 166
9.3 適用范圍 166
9.4 方法特點 166
9.5 仿真實例 167
9.5.1 仿真設(shè)計 167
9.5.2 仿真研究 168
9.5.3 結(jié)果分析 172
9.6 本章小結(jié) 173
第10章 時延補償與控制方法(6) 174
10.1 引言 174
10.2 方法(6)設(shè)計與實現(xiàn) 174
10.2.1 基本思路 175
10.2.2 技術(shù)路線 176
10.2.3 結(jié)構(gòu)分析 179
10.2.4 控制器選擇 183
10.3 適用范圍 184
10.4 方法特點 184
10.5 仿真實例 185
10.5.1 仿真設(shè)計 185
10.5.2 仿真研究 186
10.5.3 結(jié)果分析 190
10.6 本章小結(jié) 191
第11章 時延補償與控制方法(7) 192
11.1 引言 192
11.2 方法(7)設(shè)計與實現(xiàn) 192
11.2.1 基本思路 193
11.2.2 技術(shù)路線 194
11.2.3 結(jié)構(gòu)分析 197
11.2.4 控制器選擇 201
11.3 適用范圍 202
11.4 方法特點 203
11.5 仿真實例 204
11.5.1 仿真設(shè)計 204
11.5.2 仿真研究 205
11.5.3 結(jié)果分析 209
11.6 本章小結(jié) 210
第12章 時延補償與控制方法(8) 211
12.1 引言 211
12.2 方法(8)設(shè)計與實現(xiàn) 211
12.2.1 基本思路 212
12.2.2 技術(shù)路線 213
12.2.3 結(jié)構(gòu)分析 217
12.2.4 控制器選擇 219
12.3 適用范圍 220
12.4 方法特點 220
12.5 仿真實例 221
12.5.1 仿真設(shè)計 221
12.5.2 仿真研究 223
12.5.3 結(jié)果分析 226
12.6 本章小結(jié) 227
第13章 時延補償與控制方法(9) 228
13.1 引言 228
13.2 方法(9)設(shè)計與實現(xiàn) 228
13.2.1 基本思路 229
13.2.2 技術(shù)路線 230
13.2.3 結(jié)構(gòu)分析 232
13.2.4 控制器選擇 236
13.3 適用范圍 237
13.4 方法特點 237
13.5 仿真實例 238
13.5.1 仿真設(shè)計 238
13.5.2 仿真研究 239
13.5.3 結(jié)果分析 243
13.6 本章小結(jié) 244
第14章 時延補償與控制方法(10) 245
14.1 引言 245
14.2 方法(10)設(shè)計與實現(xiàn) 245
14.2.1 基本思路 246
14.2.2 技術(shù)路線 247
14.2.3 結(jié)構(gòu)分析 249
14.2.4 控制器選擇 253
14.3 適用范圍 255
14.4 方法特點 255
14.5 仿真實例 256
14.5.1 仿真設(shè)計 256
14.5.2 仿真研究 257
14.5.3 結(jié)果分析 260
14.6 本章小結(jié) 262
第15章 時延補償與控制方法(11) 263
15.1 引言 263
15.2 方法(11)設(shè)計與實現(xiàn) 263
15.2.1 基本思路 264
15.2.2 技術(shù)路線 265
15.2.3 結(jié)構(gòu)分析 268
15.2.4 控制器選擇 271
15.3 適用范圍 273
15.4 方法特點 273
15.5 仿真實例 274
15.5.1 仿真設(shè)計 274
15.5.2 仿真研究 275
15.5.3 結(jié)果分析 278
15.6 本章小結(jié) 280
第16章 時延補償與控制方法(12) 281
16.1 引言 281
16.2 方法(12)設(shè)計與實現(xiàn) 281
16.2.1 基本思路 282
16.2.2 技術(shù)路線 283
16.2.3 結(jié)構(gòu)分析 286
16.2.4 控制器選擇 289
16.3 適用范圍 291
16.4 方法特點 291
16.5 仿真實例 292
16.5.1 仿真設(shè)計 292
16.5.2 仿真研究 293
16.5.3 結(jié)果分析 297
16.6 本章小結(jié) 298
第17章 時延補償與控制方法(13) 299
17.1 引言 299
17.2 方法(13)設(shè)計與實現(xiàn) 299
17.2.1 基本思路 300
17.2.2 技術(shù)路線 301
17.2.3 結(jié)構(gòu)分析 304
17.2.4 控制器選擇 307
17.3 適用范圍 309
17.4 方法特點 309
17.5 仿真實例 310
17.5.1 仿真設(shè)計 310
17.5.2 仿真研究 311
17.5.3 結(jié)果分析 315
17.6 本章小結(jié) 316
第18章 時延補償與控制方法(14) 317
18.1 引言 317
18.2 方法(14)設(shè)計與實現(xiàn) 317
18.2.1 基本思路 318
18.2.2 技術(shù)路線 319
18.2.3 結(jié)構(gòu)分析 322
18.2.4 控制器選擇 325
18.3 適用范圍 327
18.4 方法特點 327
18.5 仿真實例 328
18.5.1 仿真設(shè)計 328
18.5.2 仿真研究 329
18.5.3 結(jié)果分析 333
18.6 本章小結(jié) 334
第19章 時延補償與控制方法(15) 335
19.1 引言 335
19.2 方法(15)設(shè)計與實現(xiàn) 335
19.2.1 基本思路 336
19.2.2 技術(shù)路線 337
19.2.3 結(jié)構(gòu)分析 340
19.2.4 控制器選擇 342
19.3 適用范圍 344
19.4 方法特點 34
前言
主要符號表
主要縮略語
第1章 緒論 1
1.1 研究目的與意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.2.1 PCCS研究狀況 3
1.2.2 NCCS研究狀況 9
1.2.3 NPCCS研究狀況 17
1.3 技術(shù)難點 17
1.4 研究內(nèi)容 18
1.5 研究目標(biāo) 18
1.6 關(guān)鍵科學(xué)問題 19
1.7 特色與創(chuàng)新性 19
1.7.1 新的研究思路 20
1.7.2 新的研究方法 20
1.8 內(nèi)容安排 21
1.9 本章小結(jié) 22
參考文獻 23
第2章 NPCCS結(jié)構(gòu)分析 31
2.1 引言 31
2.2 連接矩陣和傳輸矩陣 31
2.2.1 設(shè)備連接矩陣 31
2.2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸矩陣 32
2.3 NPCCS結(jié)構(gòu)分類 32
2.3.1 TYPEⅠNPCCS 33
2.3.2 TYPEⅡNPCCS 36
2.3.3 TYPE?Ⅲ?NPCCS 39
2.3.4 TYPE?Ⅳ?NPCCS 42
2.3.5 TYPE?Ⅴ?NPCCS 45
2.4 內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)選擇 49
2.5 補償控制難點 50
2.6 仿真工具介紹 50
2.7 本章小結(jié) 51
參考文獻 51
第3章 新型SPC方法 52
3.1 引言 52
3.2 常規(guī)SPC方法 52
3.3 常規(guī)SPC研究與應(yīng)用 54
3.4 基于常規(guī)SPC的NCS 57
3.5 基于新型SPC(1)方法的NCS 60
3.6 基于新型SPC(2)方法的NCS 62
3.7 本章小結(jié) 64
參考文獻 64
第4章 新型IMC方法 69
4.1 引言 69
4.2 常規(guī)IMC方法 69
4.3 常規(guī)IMC研究與應(yīng)用 71
4.4 基于常規(guī)IMC的NCS 74
4.5 基于新型IMC(1)方法的NCS 75
4.6 基于新型IMC(2)方法的NCS 77
4.7 基于新型IMC(3)方法的NCS 79
4.8 內(nèi)模控制器設(shè)計 80
4.8.1 前饋控制器 81
4.8.2 前饋濾波器 81
4.8.3 內(nèi)模控制器 81
4.8.4 反饋濾波器 82
4.9 內(nèi)模控制器分析 82
4.9.1 基于新型IMC(1)方法的內(nèi)模控制器 82
4.9.2 基于新型IMC(2)方法的內(nèi)模控制器 83
4.9.3 基于新型IMC(3)方法的內(nèi)模控制器 84
4.10 本章小結(jié) 84
參考文獻 85
第5章 時延補償與控制方法(1) 89
5.1 引言 89
5.2 方法(1)設(shè)計與實現(xiàn) 89
5.2.1 基本思路 90
5.2.2 技術(shù)路線 91
5.2.3 結(jié)構(gòu)分析 93
5.2.4 控制器選擇 98
5.3 適用范圍 98
5.4 方法特點 98
5.5 仿真實例 99
5.5.1 仿真設(shè)計 99
5.5.2 仿真研究 100
5.5.3 結(jié)果分析 104
5.6 本章小結(jié) 105
參考文獻 105
第6章 時延補償與控制方法(2) 106
6.1 引言 106
6.2 方法(2)設(shè)計與實現(xiàn) 106
6.2.1 基本思路 107
6.2.2 技術(shù)路線 108
6.2.3 結(jié)構(gòu)分析 111
6.2.4 控制器選擇 115
6.3 適用范圍 115
6.4 方法特點 115
6.5 仿真實例 116
6.5.1 仿真設(shè)計 116
6.5.2 仿真研究 117
6.5.3 結(jié)果分析 121
6.6 本章小結(jié) 122
第7章 時延補償與控制方法(3) 123
7.1 引言 123
7.2 方法(3)設(shè)計與實現(xiàn) 123
7.2.1 基本思路 124
7.2.2 技術(shù)路線 125
7.2.3 結(jié)構(gòu)分析 128
7.2.4 控制器選擇 131
7.3 適用范圍 133
7.4 方法特點 133
7.5 仿真實例 134
7.5.1 仿真設(shè)計 134
7.5.2 仿真研究 135
7.5.3 結(jié)果分析 139
7.6 本章小結(jié) 140
第8章 時延補償與控制方法(4) 141
8.1 引言 141
8.2 方法(4)設(shè)計與實現(xiàn) 141
8.2.1 基本思路 142
8.2.2 技術(shù)路線 143
8.2.3 結(jié)構(gòu)分析 146
8.2.4 控制器選擇 150
8.3 適用范圍 150
8.4 方法特點 150
8.5 仿真實例 151
8.5.1 仿真設(shè)計 151
8.5.2 仿真研究 152
8.5.3 結(jié)果分析 155
8.6 本章小結(jié) 157
第9章 時延補償與控制方法(5) 158
9.1 引言 158
9.2 方法(5)設(shè)計與實現(xiàn) 158
9.2.1 基本思路 159
9.2.2 技術(shù)路線 160
9.2.3 結(jié)構(gòu)分析 164
9.2.4 控制器選擇 166
9.3 適用范圍 166
9.4 方法特點 166
9.5 仿真實例 167
9.5.1 仿真設(shè)計 167
9.5.2 仿真研究 168
9.5.3 結(jié)果分析 172
9.6 本章小結(jié) 173
第10章 時延補償與控制方法(6) 174
10.1 引言 174
10.2 方法(6)設(shè)計與實現(xiàn) 174
10.2.1 基本思路 175
10.2.2 技術(shù)路線 176
10.2.3 結(jié)構(gòu)分析 179
10.2.4 控制器選擇 183
10.3 適用范圍 184
10.4 方法特點 184
10.5 仿真實例 185
10.5.1 仿真設(shè)計 185
10.5.2 仿真研究 186
10.5.3 結(jié)果分析 190
10.6 本章小結(jié) 191
第11章 時延補償與控制方法(7) 192
11.1 引言 192
11.2 方法(7)設(shè)計與實現(xiàn) 192
11.2.1 基本思路 193
11.2.2 技術(shù)路線 194
11.2.3 結(jié)構(gòu)分析 197
11.2.4 控制器選擇 201
11.3 適用范圍 202
11.4 方法特點 203
11.5 仿真實例 204
11.5.1 仿真設(shè)計 204
11.5.2 仿真研究 205
11.5.3 結(jié)果分析 209
11.6 本章小結(jié) 210
第12章 時延補償與控制方法(8) 211
12.1 引言 211
12.2 方法(8)設(shè)計與實現(xiàn) 211
12.2.1 基本思路 212
12.2.2 技術(shù)路線 213
12.2.3 結(jié)構(gòu)分析 217
12.2.4 控制器選擇 219
12.3 適用范圍 220
12.4 方法特點 220
12.5 仿真實例 221
12.5.1 仿真設(shè)計 221
12.5.2 仿真研究 223
12.5.3 結(jié)果分析 226
12.6 本章小結(jié) 227
第13章 時延補償與控制方法(9) 228
13.1 引言 228
13.2 方法(9)設(shè)計與實現(xiàn) 228
13.2.1 基本思路 229
13.2.2 技術(shù)路線 230
13.2.3 結(jié)構(gòu)分析 232
13.2.4 控制器選擇 236
13.3 適用范圍 237
13.4 方法特點 237
13.5 仿真實例 238
13.5.1 仿真設(shè)計 238
13.5.2 仿真研究 239
13.5.3 結(jié)果分析 243
13.6 本章小結(jié) 244
第14章 時延補償與控制方法(10) 245
14.1 引言 245
14.2 方法(10)設(shè)計與實現(xiàn) 245
14.2.1 基本思路 246
14.2.2 技術(shù)路線 247
14.2.3 結(jié)構(gòu)分析 249
14.2.4 控制器選擇 253
14.3 適用范圍 255
14.4 方法特點 255
14.5 仿真實例 256
14.5.1 仿真設(shè)計 256
14.5.2 仿真研究 257
14.5.3 結(jié)果分析 260
14.6 本章小結(jié) 262
第15章 時延補償與控制方法(11) 263
15.1 引言 263
15.2 方法(11)設(shè)計與實現(xiàn) 263
15.2.1 基本思路 264
15.2.2 技術(shù)路線 265
15.2.3 結(jié)構(gòu)分析 268
15.2.4 控制器選擇 271
15.3 適用范圍 273
15.4 方法特點 273
15.5 仿真實例 274
15.5.1 仿真設(shè)計 274
15.5.2 仿真研究 275
15.5.3 結(jié)果分析 278
15.6 本章小結(jié) 280
第16章 時延補償與控制方法(12) 281
16.1 引言 281
16.2 方法(12)設(shè)計與實現(xiàn) 281
16.2.1 基本思路 282
16.2.2 技術(shù)路線 283
16.2.3 結(jié)構(gòu)分析 286
16.2.4 控制器選擇 289
16.3 適用范圍 291
16.4 方法特點 291
16.5 仿真實例 292
16.5.1 仿真設(shè)計 292
16.5.2 仿真研究 293
16.5.3 結(jié)果分析 297
16.6 本章小結(jié) 298
第17章 時延補償與控制方法(13) 299
17.1 引言 299
17.2 方法(13)設(shè)計與實現(xiàn) 299
17.2.1 基本思路 300
17.2.2 技術(shù)路線 301
17.2.3 結(jié)構(gòu)分析 304
17.2.4 控制器選擇 307
17.3 適用范圍 309
17.4 方法特點 309
17.5 仿真實例 310
17.5.1 仿真設(shè)計 310
17.5.2 仿真研究 311
17.5.3 結(jié)果分析 315
17.6 本章小結(jié) 316
第18章 時延補償與控制方法(14) 317
18.1 引言 317
18.2 方法(14)設(shè)計與實現(xiàn) 317
18.2.1 基本思路 318
18.2.2 技術(shù)路線 319
18.2.3 結(jié)構(gòu)分析 322
18.2.4 控制器選擇 325
18.3 適用范圍 327
18.4 方法特點 327
18.5 仿真實例 328
18.5.1 仿真設(shè)計 328
18.5.2 仿真研究 329
18.5.3 結(jié)果分析 333
18.6 本章小結(jié) 334
第19章 時延補償與控制方法(15) 335
19.1 引言 335
19.2 方法(15)設(shè)計與實現(xiàn) 335
19.2.1 基本思路 336
19.2.2 技術(shù)路線 337
19.2.3 結(jié)構(gòu)分析 340
19.2.4 控制器選擇 342
19.3 適用范圍 344
19.4 方法特點 34
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網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)時延補償與控制 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 研究目的與意義 通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸與交換控制系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)，構(gòu)成基于網(wǎng)絡(luò)的實時閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，即網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)(networked control system，NCS)[1]。NCS避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中存在的一些缺陷，如布線復(fù)雜、靈活性較差、信息資源共享困難等[2，3]。NCS現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于石油化工、復(fù)雜工業(yè)過程控制、國防軍事、航空航天等多個領(lǐng)域[4-7]。 串級控制系統(tǒng)(cascade control system，CCS)是一種在過程控制工程中，被廣泛使用的先進控制系統(tǒng)。CCS能夠?qū)崿F(xiàn)快速抑制進入副閉環(huán)控制回路的擾動，改善閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)性能和抗干擾能力，是增強單回路控制系統(tǒng)性能質(zhì)量*成功的方法之一[8]，并被廣泛應(yīng)用于溫度、流量和壓力等參數(shù)的過程控制中[9]。CCS通常包含兩個閉環(huán)控制回路，即一個主閉環(huán)控制回路(primary closed control loop，PCCL)和一個副閉環(huán)控制回路(secondary closed control loop，SCCL)。CCS通常有兩種類型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：一種是串聯(lián)式串級控制系統(tǒng)(series cascade control system，SCCS)結(jié)構(gòu)；另一種是并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)(parallel cascade control system，PCCS)結(jié)構(gòu)。 SCCS結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)的操縱變量(u2)首先影響系統(tǒng)的副閉環(huán)控制回路的被控變量(y2)，然后副閉環(huán)控制回路的被控變量(y2)直接影響系統(tǒng)的主閉環(huán)控制回路的被控變量(y1)。系統(tǒng)主閉環(huán)控制回路的被控對象(P1)與副閉環(huán)控制回路的被控對象(P2)之間是“串聯(lián)式”連接的。SCCS典型結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。 圖1-1 SCCS典型結(jié)構(gòu) SCCS能夠快速抑制進入副閉環(huán)控制回路的干擾所產(chǎn)生的不良影響，提高系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量[10]，并能夠屏蔽副閉環(huán)控制回路被控對象的非線性。然而，它可能存在于主閉環(huán)控制回路和副閉環(huán)控制回路之間，容易產(chǎn)生振蕩以及參數(shù)整定困難等缺點。 PCCS結(jié)構(gòu)由Luyben提出[11]，是指系統(tǒng)的操縱變量(u2)同時直接影響系統(tǒng)的主閉環(huán)控制回路的被控變量(y1)和副閉環(huán)控制回路的被控變量(y2)。系統(tǒng)的主閉環(huán)控制回路的被控對象(P1)與副閉環(huán)控制回路的被控對象(P2)之間是“并聯(lián)式”連接的。PCCS的主控制器(C1)，使主閉環(huán)控制回路的被控變量(y1)跟蹤系統(tǒng)的給定信號(r)，并克服進入主閉環(huán)控制回路的外界干擾信號(d1)對系統(tǒng)的影響，保持系統(tǒng)良好的動態(tài)跟蹤性能。而系統(tǒng)的副控制器(C2)，用于克服進入副閉環(huán)控制回路的外界干擾信號(d2)對系統(tǒng)的影響。 從抗干擾的角度出發(fā)，在PCCS中，副控制器間接地充當(dāng)了一個前饋控制器，其抗干擾的原理類似于前饋控制，所不同的是前饋控制系統(tǒng)中，對干擾信號的要求是必須可測量的。而PCCS既適用于可以測量的干擾信號，同時也適用于不可以測量的干擾信號。PCCS充分利用了副閉環(huán)控制回路的輸出信號，提高了系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量。PCCS典型結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。 圖1-2 PCCS典型結(jié)構(gòu) PCCS構(gòu)筑思想與SCCS有很大的差別，這對于提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)有很大的幫助。在實際工業(yè)過程控制中，采用SCCS結(jié)構(gòu)方式還是采用PCCS結(jié)構(gòu)方式，與具體的控制性能質(zhì)量要求，以及過程特征等因素直接相關(guān)聯(lián)。盡管PCCS已被大量應(yīng)用于飛行系統(tǒng)控制、工業(yè)過程控制等多個領(lǐng)域，但是在現(xiàn)有PCCS的研究與應(yīng)用中，數(shù)據(jù)信號的傳輸都是通過信號線路，采用點對點連接加以實現(xiàn)。因此，難以實現(xiàn)系統(tǒng)中節(jié)點之間數(shù)據(jù)信號資源的共享，系統(tǒng)維護與故障診斷困難，很難實現(xiàn)異地以及遠程的實時在線與動態(tài)過程控制。 隨著網(wǎng)絡(luò)通信、計算機和控制技術(shù)的發(fā)展，以及生產(chǎn)過程控制日益大型化、廣域化、復(fù)雜化及網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展與應(yīng)用需求，越來越多的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于過程控制系統(tǒng)中。將實時通信網(wǎng)絡(luò)插入PCCS的主傳感器與主控制器節(jié)點、副傳感器與副控制器節(jié)點、主控制器與副控制器節(jié)點，以及副控制器與執(zhí)行器節(jié)點之間，構(gòu)成了一個實時閉環(huán)的網(wǎng)絡(luò)化并聯(lián)式串級控制系統(tǒng)(networked parallel cascade control system，NPCCS)。 NPCCS是一類特殊的NCS，它充分結(jié)合了NCS和PCCS的優(yōu)點，既可以大大降低系統(tǒng)信號線路的成本，提高系統(tǒng)診斷與維護水平，實現(xiàn)節(jié)點之間數(shù)據(jù)資源的共享、節(jié)點智能化、控制功能分散化、遠程控制便利化；又可以有效克服外部干擾的影響，提高系統(tǒng)的控制性能質(zhì)量。然而，由于NPCCS通過實時通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的引入不可避免地帶來了一系列新的問題。例如，可能存在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)多包傳輸、多路徑傳輸、數(shù)據(jù)碰撞、網(wǎng)絡(luò)擁塞，甚至連接中斷等現(xiàn)象，使得NPCCS面臨著諸多新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)時延的存在將使控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量惡化，導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，甚至出現(xiàn)故障，嚴(yán)重時危及生產(chǎn)運行安全。因此，研究NPCCS網(wǎng)絡(luò)時延的補償與控制，對于其在工程中的應(yīng)用具有非常重要的理論意義與實際應(yīng)用價值。NPCCS典型結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。 圖1-3 NPCCS典型結(jié)構(gòu) 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 PCCS研究狀況 PCCS是一個單輸入雙輸出(single-input and two-output，SITO)系統(tǒng)，具有主與副兩個閉環(huán)控制系統(tǒng)回路。然而，主被控對象的輸入不包含副變量，主與副閉環(huán)控制回路的被控對象是“并行”連接的。從抗干擾的角度來看，副控制器間接地作為一個前饋控制器，抗干擾原理與前饋控制不同之處在于：在前饋控制系統(tǒng)中擾動信號必須是可以測量的，而PCCS對于不可以測量的擾動信號同樣適用[12]。 SCCS主要關(guān)注的是主閉環(huán)控制系統(tǒng)回路的輸出特性，而PCCS除了抑制擾動信號對系統(tǒng)的影響之外，還考慮了副閉環(huán)控制系統(tǒng)回路的輸出特性。例如，精餾塔和化學(xué)反應(yīng)器的過程控制中，精餾塔的塔頂產(chǎn)品與塔板溫度的控制系統(tǒng)，就是一個典型的PCCS應(yīng)用范例。其回流比(操縱變量)和進料流量或成分(擾動)，影響頂部產(chǎn)品的純度(主輸出)和塔板溫度(副輸出)。控制的目的是減少系統(tǒng)的運行費用，維持產(chǎn)品的純度在設(shè)定點上，通過PCCS控制方式控制塔板溫度，克服擾動信號對產(chǎn)品質(zhì)量的影響[13]。PCCS由于操縱變量和干擾都是通過并聯(lián)方式產(chǎn)生作用，影響主與副閉環(huán)控制回路輸出的控制系統(tǒng)，因此，通常可用于石油與化工生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量控制。 當(dāng)副閉環(huán)控制回路具有較快的動態(tài)響應(yīng)特性，并且副閉環(huán)控制回路中的干擾嚴(yán)重影響主閉環(huán)控制回路中的系統(tǒng)輸出時；或者系統(tǒng)對于主閉環(huán)控制回路的輸出采樣周期較長時，采用PCCS能夠有效抑制干擾的影響，減少主閉環(huán)控制回路中系統(tǒng)輸出的穩(wěn)態(tài)誤差。PCCS具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，能夠使系統(tǒng)達到更好的控制品質(zhì)，獲得較好的經(jīng)濟效益。 文獻[14]～[16]以化工過程精餾塔CCS為例，針對其系統(tǒng)超調(diào)量、穩(wěn)定時間和穩(wěn)態(tài)誤差等性能指標(biāo)，詳細分析與對比研究了基于SCCS和PCCS的性能控制質(zhì)量。其研究結(jié)果表明，PCCS的超調(diào)量*小，進而提高了過程的控制性能質(zhì)量。文獻[17]討論了PCCS的應(yīng)用中干擾抑制與負載響應(yīng)的問題，以確定PCCS是否有利于負載響應(yīng)與干擾的抑制作用。文獻[18]將文獻[17]的研究結(jié)果應(yīng)用于PCCS二次測量的選擇，提出了一種在不同干擾下選擇PCCS二次測量的方法。文獻[19]在主閉環(huán)控制回路和副閉環(huán)控制回路中的控制器之間，增加了濾波器，提高了控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量。文獻[20]開發(fā)了一種組合結(jié)構(gòu)，在副閉環(huán)控制回路中使用傳統(tǒng)的反饋控制器，在主閉環(huán)控制回路中使用內(nèi)模控制(internal model control，IMC)，用于降低主與副閉環(huán)控制回路控制器之間的相互影響，便于參數(shù)調(diào)整。文獻[21]采用先進控制技術(shù)，為德國費斯托(FESTO)公司過程自動化模塊生產(chǎn)系統(tǒng)(modular production system of automatic process，MPS-AP)開發(fā)了流量和壓力的控制策略。 在PCCS的研究中，首先遇到的問題是，設(shè)定點的性能與負載響應(yīng)之間的矛盾。例如，主閉環(huán)控制回路中的干擾抑制，取決于副閉環(huán)控制回路中的干擾抑制和設(shè)定點跟蹤控制問題。在PCCS中，當(dāng)副閉環(huán)控制回路中的干擾抑制被優(yōu)化時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)設(shè)定點響應(yīng)會變差(反之亦然)，這可能導(dǎo)致主閉環(huán)控制回路中的干擾抑制的惡化；同時，實現(xiàn)良好的干擾抑制和設(shè)定點跟蹤的困難也發(fā)生在主控制器的設(shè)計中，即系統(tǒng)在跟蹤控制與抑制干擾控制這兩個方面存在著耦合關(guān)系。其次，遇到的是比例-積分-微分(proportion-integral-differential，PID)控制器的參數(shù)整定問題。對于給定的PCCS結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整兩個控制回路中的PID控制器參數(shù)，實現(xiàn)其閉環(huán)控制性能。然而，基于相應(yīng)的過程模型和獨立調(diào)整主控制器和副控制器的*簡單的解決方案通常是無效的，因為它忽略了兩個閉環(huán)控制回路之間的強相互作用。一種廣泛使用的替代方案是，使用類似于用于調(diào)整SCCS標(biāo)準(zhǔn)程序的兩步驟方法。首先，副控制器基于副閉環(huán)控制回路過程的動態(tài)模型進行調(diào)整，主控制器處于手動模式；然后，使用自動獲得的副閉環(huán)控制回路的動態(tài)模型調(diào)整主控制器。但是，在這種方法中，如果由于某種原因需要重新調(diào)整副控制器，則主控制器也需要重新調(diào)整[22]。 文獻[23]研究了PCCS的繼電器自整定，采用改進方法，利用Ziegler-Nichols整定，設(shè)計了內(nèi)環(huán)和外環(huán)控制器，即PI控制器和PID控制器，并與Saraf和Bequette提出的PCCS同步繼電整定方法進行比較，其結(jié)果表明了文獻[23]所提方法的有效性。文獻[24]提出一種利用設(shè)定值繼電器自整定，整定PCCS中PI控制器的新方法。其仿真結(jié)果表明，采用IMC-PID方法，可以獲得較好的控制性能質(zhì)量。 在PCCS的工業(yè)過程控制應(yīng)用中，流體輸送等傳輸過程通常都存在純滯后等環(huán)節(jié)。存在的純滯后增加了系統(tǒng)的相位延遲，減小了系統(tǒng)的傳遞函數(shù)增益和相位裕度，對控制器的增益施加了限制作用，可能增加控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，并因此限制可實現(xiàn)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量。在PCCS的實際應(yīng)用過程中，內(nèi)閉環(huán)控制回路的控制過程純滯后，通常較小或可以忽略。而其外閉環(huán)控制回路的控制過程與其內(nèi)閉環(huán)控制回路的控制過程相比，具有較大的純滯后，從而降低了系統(tǒng)設(shè)定點響應(yīng)與抑制負載擾動的能力，進而導(dǎo)致了系統(tǒng)的控制響應(yīng)性能變差。 文獻[25]研究并使用非線性推理并聯(lián)式串級控制(nonlinear inferential parallel cascade control，NIPCC)方法，提高控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量，提出NIPCC方法的目的是使所采用的反饋控制能夠更快地檢測和補償干擾的影響，其NIPCC方法的行為類似于前饋控制，但NIPCC在本質(zhì)上仍是反饋控制。文獻[26]證明，PCCS和單輸入單輸出(single-input and single-output，SISO)控制技術(shù)相比，采用PCCS策略可以實現(xiàn)卓越的性能和容錯能力；并且文獻[26]提出了一種針對生物控制系統(tǒng)的PCCS策略，通過使用*優(yōu)控制理論，設(shè)計并聯(lián)式控制器用于調(diào)節(jié)動脈血壓，與傳統(tǒng)的PCCS相比，其控制性能得到了較好的改進。文獻[27]根據(jù)*小方差和PCCS的丟番圖分解，針對可實現(xiàn)的性能指標(biāo)，評估了PCCS的技術(shù)方案。文獻[28]提出一種利用丟番圖方程的分解技術(shù)，可以直接得到*優(yōu)控制器，通過一個仿真實例，驗證了所提方法的有效性，并與之前的結(jié)果進行比較。文獻[12]針對PCCS結(jié)構(gòu)，重點分析了系統(tǒng)的抗擾動性能。通過定性和定量分析系統(tǒng)特征參數(shù)，揭示了PCCS抗擾動的基本原理，并進行了仿真驗證。同時，給出了PCCS的使用范圍與具體條件，系統(tǒng)的設(shè)計和取值有著很大的關(guān)系：當(dāng)時，系統(tǒng)的主控制器可以采用PI控制器，而副控制器依賴系統(tǒng)的被控對象傳遞函數(shù)等參數(shù)；當(dāng)時，PI控制器可以用于設(shè)計
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