过程控制43大迟延过程系统

1、第四章 复杂控制系统4.3 大迟延过程控制系统u控制通道的纯滞后是控制系统的大敌。控制通道的纯滞后是控制系统的大敌。u一般认为纯滞后一般认为纯滞后与过程的时间长数与过程的时间长数T之比大于之比大于0.5， 则称该过程是大滞后过程，当则称该过程是大滞后过程，当 /T增加时，系统就越难控制。增加时，系统就越难控制。u大滞后过程采用串级控制和前馈控制等方案都不解决实质问大滞后过程采用串级控制和前馈控制等方案都不解决实质问 题，必须采用特殊的控制（补偿）方法，我们来介绍题，必须采用特殊的控制（补偿）方法，我们来介绍几种常规的几种常规的大滞后控制方案。大滞后控制方案。过程控制过程控制 第四章第四章大滞后

2、常规控制方案大滞后常规控制方案过程控制过程控制 第四章第四章是一种比较简单、工程上易实现、又能满足一定是一种比较简单、工程上易实现、又能满足一定 控制质量控制质量要求的控制方案。要求的控制方案。对降低超调量更有显著的效果。对降低超调量更有显著的效果。大滞后常规控制方案大滞后常规控制方案1 1、特点、特点2 2、组成结构、组成结构过程控制过程控制 第四章第四章过程控制过程控制 第四章第四章PIDPID控制系统框图控制系统框图Kc(1+1/TIS)WO(S)e-sX(S)Y(S)F(S)+_+TDS+1R(s)D(s)微分先行控制系统框图微分先行控制系统框图Kc(1+1/TIS)WO(S)e-ts

3、X(S)Y(S)F(S)+_+TDS+1R(s)D(s)3 3、传递函数（随动特性与抗扰动性能）、传递函数（随动特性与抗扰动性能） 一般常规一般常规 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过程控制过程控制 第四章第四章4 4、过渡过程比较：、过渡过程比较：PIDPID、微分先行、中间微分反馈控制方案对定值扰动的相应特性、微分先行、中间微分反馈控制方案对定值扰动的相应特性过程控制过程控制 第四章第四章二、中间微分反馈控制方案二、中间微分反馈控制方案 使控制系统闭环传递函数极点位置发生变化，从而使超使控制系统闭环传递函数极点位置发生变化，从而使超 调量大大下降，控制质量得到改善。调量大大下降，控制质量得到改善。 微分作用是独立的，能及时起校正作用。微分作用是独立的，能及时起校正作用。1 1、特点、特点2 2、原理方案、原理方案 中间微分反馈控制方案中间微

5、分反馈控制方案Kc(1+1/TIS)WO(S)e-sX(S)Y(S)F(S)+_+TDS+1过程控制过程控制 第四章第四章3 3、控制效果：、控制效果： 与一般常规控制对比：与一般常规控制对比：（1 1）、在给定值变化时，无论是微分先行方案，或中间反馈）、在给定值变化时，无论是微分先行方案，或中间反馈控制方案，其控制过程的品质均优于常规控制方案，其控制过程的品质均优于常规PIDPID，尤其在减小，尤其在减小超调量方面效果更佳。超调量方面效果更佳。过程控制过程控制 第四章第四章u 在在PIDPID控制回路上再并联一个补偿回路，控制回路上再并联一个补偿回路， 以抵消对象的纯滞后因素。以抵消对象的纯

6、滞后因素。1 1、特点、特点2 2、原理结构、原理结构u假设广义对象的传递函数为：假设广义对象的传递函数为：W WO O（s s）= = W Wp p（s s）e e-s-su我们可以在广义对象上并连一个分路，我们可以在广义对象上并连一个分路，假设这一分路的传递函数为假设这一分路的传递函数为W W（s s）。过程控制过程控制 第四章第四章u令并联后的等效传递函数为令并联后的等效传递函数为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史密斯史密斯补偿法补偿法史密斯史密斯预估器预估器过程控

7、制过程控制 第四章第四章 控制器接受的测量信号比控制器接受的测量信号比 实际检测到的被控量提前实际检测到的被控量提前了时间了时间 ，是一个对被控量，是一个对被控量的的预估器预估器。Wc(s)Wp(s)e-sX+_Y（a a）单回路）单回路（c c）代入补偿器传递函数后）代入补偿器传递函数后Wc(s)e-sX+_Y1-e-sWp(s)Y1Y2U(s)W c(s)Wp(s)X+_Ye-sY1（d d）等效方框图）等效方框图过程控制过程控制 第四章第四章Wc(s)Wp(s)e-sX+_YW(s)（b b）加补偿器）加补偿器Wp(s)(1-e-s)Wc(s)Wp(s)e-s+_Y1W(s)X-过程控制

8、过程控制 第四章第四章解决纯滞后的设想解决纯滞后的设想设中间变量设中间变量B B可测可将纯滞可测可将纯滞后环节置于环后环节置于环路外边。经过路外边。经过纯滞后，被控纯滞后，被控变量变量Y(t)Y(t)将重将重复复B(t)B(t)同样的同样的变化变化史密斯（史密斯（Smith) 预估算法预估算法!回路中的开环传递函数由 变成 Gc(s)Gp(s) 。经过补偿之后，开环传递函数不再包含纯滞后环节，也就是说若要求达到相同的回路稳定性，则控制作用可得到大大增强，从而会显著地提高控制品质。spesGsGc)()(p史密斯（史密斯（Smith) 预估补偿后预估补偿后的传递函数的传递函数 需要说明的是：需要说明的是：史密斯（史密斯（Smith) Smith) 预估补偿控制在模型非预估补偿控制在模型非常精确时，效果十分