4.3 4.4 大滞后 比值.ppt

4 1串级控制4 2前馈控制4 3大滞后补偿控制4 4比值控制4 5分程与选择性控制 第四章复杂过程控制系统 4 3大滞后补偿控制 控制通道的纯滞后是控制系统的大敌 一般认为纯滞后 与过程的时间常数T之比大于0 3 则称该过程是大滞后过程 当 T增加时 系统就越难控制 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 我们来介绍几种常规的大滞后控制方案 大滞后常规控制方案 大滞后预估控制方案 是一种比较简单 工程上易实现 又能满足一定控制质量要求的控制方案 对降低超调量更有显著的效果 大滞后常规控制方案 一 微分先行控制方案 1 特点 2 组成结构 一般常规PID控制方案 见下页图 微分先行控制方案 见下页图 微分先行较常规PI D少了一个零点Z 1 TD 故超调量要小一些 3 传递函数 随动特性与抗扰动性能 一般常规PI D 式 1 式 2 微分先行 式 3 式 4 4 过渡过程比较 PID 微分先行 中间微分反馈控制方案对定值扰动的相应特性 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 1 特点 2 原理方案 中间微分反馈控制方案 3 控制效果 与一般常规控制对比 1 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PID 尤其在减小超调量方面效果更佳 2 在扰动作用下 其控制品质与常规PID相差不大 在PID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 1 特点 2 原理结构 大滞后预估控制方案 原理思想 若能采取某些方法 将纯滞后环节排除在控制系统之外 则会提高系统的控制质量 假设广义对象的传递函数为 WO s Wp s e s 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W s 令并联后的等效传递函数为Wp s 即 Wp s Wp s e s W s 因此 W s Wp s 1 e s 史密斯补偿法 史密斯预估器 控制器接受的测量信号比实际检测到的被控量提前了时间 是一个对被控量的预估器 3 控制效果 a 单回路 c 代入补偿器传递函数后 d 等效方框图 需要指出 在实际应用中 为了便于实施 史密斯补偿器W s 是反并联于控制器Wc s 上的 如下图所示 它与图e是等效的 4 工业应用举例 加热炉温度预估补偿控制 1 预估补偿 原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响 但需被控过程的精确模型 工程上往往实现比较困难 2 其他 大林算法 卡尔曼预估算法 灰色预测控制等 4 4比值控制 一 概述 二 比值控制系统的类型 在现代工业生产过程中 要求两种或多种物料流量成一定比例关系 一旦比例失调 会影响生产的正常进行 影响产品质量 浪费动力 造成环境污染 甚至产生生产事故 如 1 方法的产生 一 概述 燃烧过程中 往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛 制药生产中要求药物和注入剂按比例混合 造纸过程中为保证纸浆浓度 要求自动控制纸浆量和水量比例 水泥配料系统 2 比值控制的含义 凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统 统称为比值控制系统 3 变量及关系 主动量 起主导作用而又不可控的物料流量 从动量 跟随主动量而变化的物料流量 比例系数 K Q1 Q2 二 比值控制系统的类型 一 开环比值控制 二 单闭环比值控制 三 双闭环比值控制 四 变比值控制 二 比值控制系统的类型 1 系统组成 如下图所示 一 开环比值控制 3 适用场合 副流量没有干扰的情况 2 特点 简单 成本低 只有当Q1变化时才起控制作用 Q2变化时Q1不会响应 比例关系被破坏 开环比值控制原理及方框图 二 单闭环比值控制 2 系统组成 如下图所示 1 特点 能克服开环比值方案的不足 3 工作过程 稳定状态下 Q1受到扰动时 Q2受到扰动时 Q1 Q2受到扰动时 优点 不但能实现流量的副量跟随主量变化 而且能克服流量干扰等 缺点 主流量不受控 5 应用场合 在负荷变化不太大的场合得到广泛应用 4 优缺点 6 应用实例 1 特点 能克服单闭环主流量不受控的不足 升降负荷比较方便 2 系统组成 如下图所示 三 双闭环比值控制 原理图 给定 随动值 设定值 定值 3 适用场合 常用在主流量干扰频繁或工艺上不允许负荷有较大的波动 或工艺上经常需要升降负荷的场合 6 应用实例 如图 除法器构成的变比值控制系统 在有些生产过程中 要求两种物料流量的比值随第三个变量的变化而变化 四 变比值控制 1 方法的产生 2 系统结构 如下图所示 3 变比值控制的含义 变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量 质量指标 以两个流量比为副变量的串级控制系统 比值只是一种手段 不是最终目的 而第三变量Y s 往往是产品质量指标 4 该法特点 三 工业应用 思考 1 为什么大滞后过程是一种难控制的过程 它对系统的控制品质如何影响 2 微分先行控制方案和中间微分控制方案与常规控制方案有何不同 4