過程控制43大遲延過程系統(tǒng)

1、第四章 復雜控制系統(tǒng)4.3 大遲延過程控制系統(tǒng)u控制通道的純滯后是控制系統(tǒng)的大敵?？刂仆ǖ赖募儨笫强刂葡到y(tǒng)的大敵。u一般認為純滯后一般認為純滯后與過程的時間長數(shù)與過程的時間長數(shù)T之比大于之比大于0.5， 則稱該過程是大滯后過程，當則稱該過程是大滯后過程，當 /T增加時，系統(tǒng)就越難控制。增加時，系統(tǒng)就越難控制。u大滯后過程采用串級控制和前饋控制等方案都不解決實質問大滯后過程采用串級控制和前饋控制等方案都不解決實質問 題，必須采用特殊的控制（補償）方法，我們來介紹題，必須采用特殊的控制（補償）方法，我們來介紹幾種常規(guī)的幾種常規(guī)的大滯后控制方案。大滯后控制方案。過程控制過程控制 第四章第四章大滯后

2、常規(guī)控制方案大滯后常規(guī)控制方案過程控制過程控制 第四章第四章是一種比較簡單、工程上易實現(xiàn)、又能滿足一定是一種比較簡單、工程上易實現(xiàn)、又能滿足一定 控制質量控制質量要求的控制方案。要求的控制方案。對降低超調量更有顯著的效果。對降低超調量更有顯著的效果。大滯后常規(guī)控制方案大滯后常規(guī)控制方案1 1、特點、特點2 2、組成結構、組成結構過程控制過程控制 第四章第四章過程控制過程控制 第四章第四章PIDPID控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)框圖Kc(1+1/TIS)WO(S)e-sX(S)Y(S)F(S)+_+TDS+1R(s)D(s)微分先行控制系統(tǒng)框圖微分先行控制系統(tǒng)框圖Kc(1+1/TIS)WO(S)e-ts

3、X(S)Y(S)F(S)+_+TDS+1R(s)D(s)3 3、傳遞函數(shù)（隨動特性與抗擾動性能）、傳遞函數(shù)（隨動特性與抗擾動性能） 一般常規(guī)一般常規(guī) PIPID D：式：式(1)(1)、式、式(2)(2)1 ()1)(1()()1)(1()()(_1_sDIcoIsDIceTsTkssWTeTsTksXsY)2()1)(1()()()(_1_sDIcoIsIesTsTkssWTseTsFsY 微分先行微分先行：式：式(3)(3)、式、式(4)(4)3()1)(1()()1()()(_1_sDIcoIsIceTsTkssWTesTksXsY)4()1)(1()()()(_1_esTsTkssWT

4、seTsFsYDIcoIsI過程控制過程控制 第四章第四章4 4、過渡過程比較：、過渡過程比較：PIDPID、微分先行、中間微分反饋控制方案對定值擾動的相應特性、微分先行、中間微分反饋控制方案對定值擾動的相應特性過程控制過程控制 第四章第四章二、中間微分反饋控制方案二、中間微分反饋控制方案 使控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)極點位置發(fā)生變化，從而使超使控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)極點位置發(fā)生變化，從而使超 調量大大下降，控制質量得到改善。調量大大下降，控制質量得到改善。 微分作用是獨立的，能及時起校正作用。微分作用是獨立的，能及時起校正作用。1 1、特點、特點2 2、原理方案、原理方案 中間微分反饋控制方案中間微

5、分反饋控制方案Kc(1+1/TIS)WO(S)e-sX(S)Y(S)F(S)+_+TDS+1過程控制過程控制 第四章第四章3 3、控制效果：、控制效果： 與一般常規(guī)控制對比：與一般常規(guī)控制對比：（1 1）、在給定值變化時，無論是微分先行方案，或中間反饋）、在給定值變化時，無論是微分先行方案，或中間反饋控制方案，其控制過程的品質均優(yōu)于常規(guī)控制方案，其控制過程的品質均優(yōu)于常規(guī)PIDPID，尤其在減小，尤其在減小超調量方面效果更佳。超調量方面效果更佳。過程控制過程控制 第四章第四章u 在在PIDPID控制回路上再并聯(lián)一個補償回路，控制回路上再并聯(lián)一個補償回路， 以抵消對象的純滯后因素。以抵消對象的純

6、滯后因素。1 1、特點、特點2 2、原理結構、原理結構u假設廣義對象的傳遞函數(shù)為：假設廣義對象的傳遞函數(shù)為：W WO O（s s）= = W Wp p（s s）e e-s-su我們可以在廣義對象上并連一個分路，我們可以在廣義對象上并連一個分路，假設這一分路的傳遞函數(shù)為假設這一分路的傳遞函數(shù)為W W（s s）。過程控制過程控制 第四章第四章u令并聯(lián)后的等效傳遞函數(shù)為令并聯(lián)后的等效傳遞函數(shù)為Wp（s），），即即， Wp（s）= Wp（s）e-s + W（s）u因此，因此， W（s） = Wp（s）（）（1-e-s ）Wp(s)e-sW(s)PY史密斯史密斯補償法補償法史密斯史密斯預估器預估器過程控

7、制過程控制 第四章第四章 控制器接受的測量信號比控制器接受的測量信號比 實際檢測到的被控量提前實際檢測到的被控量提前了時間了時間 ，是一個對被控量，是一個對被控量的的預估器預估器。Wc(s)Wp(s)e-sX+_Y（a a）單回路）單回路（c c）代入補償器傳遞函數(shù)后）代入補償器傳遞函數(shù)后Wc(s)e-sX+_Y1-e-sWp(s)Y1Y2U(s)W c(s)Wp(s)X+_Ye-sY1（d d）等效方框圖）等效方框圖過程控制過程控制 第四章第四章Wc(s)Wp(s)e-sX+_YW(s)（b b）加補償器）加補償器Wp(s)(1-e-s)Wc(s)Wp(s)e-s+_Y1W(s)X-過程控制

8、過程控制 第四章第四章解決純滯后的設想解決純滯后的設想設中間變量設中間變量B B可測可將純滯可測可將純滯后環(huán)節(jié)置于環(huán)后環(huán)節(jié)置于環(huán)路外邊。經(jīng)過路外邊。經(jīng)過純滯后，被控純滯后，被控變量變量Y(t)Y(t)將重將重復復B(t)B(t)同樣的同樣的變化變化史密斯（史密斯（Smith) 預估算法預估算法!回路中的開環(huán)傳遞函數(shù)由 變成 Gc(s)Gp(s) 。經(jīng)過補償之后，開環(huán)傳遞函數(shù)不再包含純滯后環(huán)節(jié)，也就是說若要求達到相同的回路穩(wěn)定性，則控制作用可得到大大增強，從而會顯著地提高控制品質。spesGsGc)()(p史密斯（史密斯（Smith) 預估補償后預估補償后的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù) 需要說明的是：需要說明的是：史密斯（史密斯（Smith) Smith) 預估補償控制在模型非預估補償控制在模型非常精確時，效果十分