复杂控制系统-

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1、控制工程概论控制工程概论-复杂控制系统复杂控制系统简单控制系统简单控制系统最基本、使用最广泛最基本、使用最广泛(85%)。复杂控制系统复杂控制系统在简单控制系统的基础上增加计算环节、控制环在简单控制系统的基础上增加计算环节、控制环节或者其他环节，构成了复杂控制系统节或者其他环节，构成了复杂控制系统(15%)。第三章第三章 复杂控制系统复杂控制系统第三章第三章 复杂控制系统复杂控制系统3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统3.2 3.2 比值控制系统比值控制系统3.3 3.3 均匀控制系统均匀控制系统3.4 3.4 前馈控制系统前馈控制系统3.5 3.5 选择性控制系统选择性控制系统3.6 3

2、.6 分程控制系统分程控制系统按系统的结构形式和所按系统的结构形式和所完成的功能划分完成的功能划分3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统 采用不止一个控制器，控制器之间相互串接，采用不止一个控制器，控制器之间相互串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统系统，称为，称为串级串级控制系统。控制系统。l 基本原理基本原理3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l 基本原理基本原理 燃料 TT TC 加热炉 原料(a)温度定值控制 燃料 FT FC 加热炉 原料(b)流量定值控制 TC TT 燃料 FT FC 加热炉 原料(c)温度和流量串级控制

3、 例：加热炉出口温度控制系统例：加热炉出口温度控制系统3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l 系统结构图系统结构图-主控制器的输出是副控制器的设定；主控制器的输出是副控制器的设定；-由两个控制器、两个检测变送器、一个执行器组成；由两个控制器、两个检测变送器、一个执行器组成；-主回路是定值控制系统，对主回路的输出而言，副回路是随主回路是定值控制系统，对主回路的输出而言，副回路是随动控制系统，对副回路的扰动而言，副回路是定值控制系统。动控制系统，对副回路的扰动而言，副回路是定值控制系统。温度温度流量流量3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l 系统结构图系统结构图主控制器主控制器副控制器副控

4、制器副被控对象副被控对象主被控对象主被控对象副回路副回路主回路主回路副被控变量副被控变量主被控变量主被控变量3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l 系统的传递函数系统的传递函数控制通道控制通道干扰通道干扰通道干扰通道干扰通道控制通道控制通道3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析1.能迅速克服进入副回路扰动的影响能迅速克服进入副回路扰动的影响 当扰动进入副回路后，首先副被控变量检测到扰动当扰动进入副回路后，首先副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值控制作用及时调节操纵变的影响，并通过副回路的定值控制作用及时调节操纵变量，使副被控变量恢复

5、到副设定值，从而使扰动对主被量，使副被控变量恢复到副设定值，从而使扰动对主被控变量的影响减少。控变量的影响减少。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析1.能迅速克服进入副回路扰动的影响能迅速克服进入副回路扰动的影响副回路扰动通道副回路扰动通道传递函数传递函数3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析1.能迅速克服进入副回路扰动的影响能迅速克服进入副回路扰动的影响串级控制系统中副回路扰动通道传递函数：串级控制系统中副回路扰动通道传递函数：单回路控制系统中扰动通道传递函数：单回路控制系统中扰动通道传递函数：

6、迅速克服扰动影响，大大迅速克服扰动影响，大大减小最大偏差和余差减小最大偏差和余差3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析2.改善了对象特性，提高了工作频率改善了对象特性，提高了工作频率副回路控制通道副回路控制通道传递函数传递函数减小时间常数，加快系统减小时间常数，加快系统响应，减小超调量，提高响应，减小超调量，提高控制系统工作频率。控制系统工作频率。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析3.串级控制系统的自适应能力串级控制系统的自适应能力 主控制器的输出能按照负荷或操作条件的变化而变主控制器的输出能按

7、照负荷或操作条件的变化而变化，从而不断改变副控制器的设定值，使副控制器的设化，从而不断改变副控制器的设定值，使副控制器的设定值能随负荷及操作条件的变化而变化。因此，串级控定值能随负荷及操作条件的变化而变化。因此，串级控制系统对负荷的变化和操作条件的改变有一定的自适应制系统对负荷的变化和操作条件的改变有一定的自适应能力。能力。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析4.能够更精确控制操纵变量的流量能够更精确控制操纵变量的流量 采用串级控制系统后，引入了流量副回路，使流量采用串级控制系统后，引入了流量副回路，使流量测量值与主控制器的输出一一对应，从而能

8、够更精确地测量值与主控制器的输出一一对应，从而能够更精确地控制操纵变量的流量。控制操纵变量的流量。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的性能分析串级控制系统的性能分析5.可实现更灵活的操作方式可实现更灵活的操作方式 串级控制系统可以实现串级控制、主控和副控等多串级控制系统可以实现串级控制、主控和副控等多种控制方式。因此，在运行过程中，如果某些部件出现种控制方式。因此，在运行过程中，如果某些部件出现故障，则可灵活地进行切换，减少对生产过程的影响。故障，则可灵活地进行切换，减少对生产过程的影响。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的设计串级控制系统的设计主、副回

9、路的设计主、副回路的设计-主被控变量的选择和主回路的设计，仍可用简单控主被控变量的选择和主回路的设计，仍可用简单控制系统的设计原则进行。制系统的设计原则进行。-副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、副回路应尽量包含生产过程中主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动，并力求包含尽可能多的扰动。频繁和幅度大的扰动，并力求包含尽可能多的扰动。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的设计串级控制系统的设计主、副控制器的选择主、副控制器的选择-主控制器可采用比例积分作用或比例、积分、微分主控制器可采用比例积分作用或比例、积分、微分三作用控制规律。三作用控制规律。-副控制器采用单比例作用

10、或比例积分作用控制规律。副控制器采用单比例作用或比例积分作用控制规律。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的设计串级控制系统的设计主、副控制器正、反作用的选择主、副控制器正、反作用的选择-依据控制阀的气开、气关形式，副对象的放大倍数，依据控制阀的气开、气关形式，副对象的放大倍数，决定副控制器正反作用方式，使决定副控制器正反作用方式，使Kc2KvKp2Km2乘积为正乘积为正值，其中值，其中Km2通常总是正值。通常总是正值。-主控制器的正、反作用主要取决于主对象的放大倍数，主控制器的正、反作用主要取决于主对象的放大倍数，使使Kc1Kp1Km1的乘积为正值，通常的乘积为正值，通常K

11、m1总是正值，因此应总是正值，因此应使使Kc1Kp1为正值。为正值。3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的设计串级控制系统的设计主、副控制器正、反作用的选择主、副控制器正、反作用的选择例例1：3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的设计串级控制系统的设计主、副控制器正、反作用的选择主、副控制器正、反作用的选择例例2：3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制系统的设计串级控制系统的设计主、副控制器正、反作用的选择主、副控制器正、反作用的选择例例3：3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制控制器的参数整定串级控制控制器的参数整定参数整定：参数整

12、定：通过调整控制器的参数，改善控制系统的动态和通过调整控制器的参数，改善控制系统的动态和静态特性找到最佳的调节过程，使控制品质最好。静态特性找到最佳的调节过程，使控制品质最好。-逐步逼近法逐步逼近法 （副副主主副副）-两两步法（副步法（副主）主）-一步法（根据经验）一步法（根据经验）3.1 3.1 串级控制系统串级控制系统l串级控制控制器的参数整定串级控制控制器的参数整定逐步逼近法逐步逼近法 断开主回路，闭合副回路，按单回路控制系统的整定断开主回路，闭合副回路，按单回路控制系统的整定方法整定方法整定副控制器参数副控制器参数；闭合主、副回路，保持上一步取得的副控制器参数，闭合主、副回路，保持上一

13、步取得的副控制器参数，按单回路控制系统的整定方法整定按单回路控制系统的整定方法整定主控制器参数主控制器参数；闭合主、副回路，主控制器参数保持的情况下，再次闭合主、副回路，主控制器参数保持的情况下，再次调整调整副控制器参数副控制器参数；依次循环依次循环，直到求得合适的整定参数值。，直到求得合适的整定参数值。1)请指出下图的串级控制系统中，请指出下图的串级控制系统中，主控制器主控制器LC为为 作用作用;副控制器副控制器FC为为 作用。作用。2)描述以下两种情况下控制流程，描述以下两种情况下控制流程，当流量增大但液位未发生变化时；当流量增大但液位未发生变化时；当流量增大并影响液位变化时。当流量增大并

14、影响液位变化时。课堂练习课堂练习Magnetic Resonance Imaging磁共振成像发生事件作者或公司磁共振发展史l1946发现磁共振现象BlochPurcelll1971发现肿瘤的T1、T2时间长Damadianl1973做出两个充水试管MR图像Lauterburl1974活鼠的MR图像Lauterbur等l1976 人体胸部的MR图像 Damadianl1977初期的全身MR图像Mallardl1980磁共振装置商品化l19890.15T永磁商用磁共振设备中国安科l2003诺贝尔奖金LauterburMansfierd时间MR成 像 基 本原理实现人体磁共振成像的条件:人体内氢原

15、子核是人体内最多的物质。最易受外加磁场的影响而发生磁共振现象(没有核辐射)有一个稳定的静磁场（磁体）梯度场和射频场：前者用于空间编码和选层，后者施加特定频率的射频脉冲，使之形成磁共振现象信号接收装置：各种线圈计算机系统：完成信号采集、传输、图像重建、后处理等人体内的H核子可看作是自旋状态下的小星球。自然状态下，H核进动杂乱无章，磁性相互抵消zMyx进入静磁场后，H核磁矩发生规律性排列（正负方向），正负方向的磁矢量相互抵消后，少数正向排列（低能态）的H核合成总磁化矢量M，即为MR信号基础ZZYYXB0XMZMXYA:施加90度RF脉冲前的磁化矢量MzB:施加90度RF脉冲后的磁化矢量Mxy.并以

16、Larmor频率横向施进C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M以螺旋运动的形式倾倒到横向平面ABC在这一过程中，产生能量三、弛豫（Relaxation）回复“自由”的过程1.纵向弛豫（T1弛豫）：M0（MZ）的恢复，“量变”高能态1H低能态1H自旋晶格弛豫、热弛豫吸收RF光子能量（共振）低能态1H高能态1H放出能量（光子，MRS）T1弛豫时间：MZ恢复到M0的2/3所需的时间T1愈小、M0恢复愈快T2弛豫时间：MXY丧失2/3所需的时间；T2愈大、同相位时间长MXY持续时间愈长MMXYXY与SlT1加权成像、T2加权成像l所谓的加权就是“突出”的意思lT1加权成像（T1WI）-突出组织T1弛豫（纵向弛豫）差别lT2加权成像（T2WI）-突出组织T2弛豫（横向弛豫）差别。磁共振诊断基于此两种标准图像磁共振常规h检查必扫这两种标准图像.T1的长度在数百至数千毫秒（ms）范围T2值的长度在数十至数千毫秒（ms）范围在同一个驰豫过程中,T2比T1短得多l如何观看MR图像：l首先我们要分清图像上的各种标示。分清扫描序列、扫描部位、扫描层面。l正常或异常的所在部位-即在同一层面观察、分析T1、T2加