高等过程控制—第5章纯滞后

1、 第五章第五章 纯滞后补偿控制系统纯滞后补偿控制系统 第一节、对象特性对控制质量的影响第二节、补偿纯迟延的常规控制第三 节、预估补偿控制 控制作用被调量干扰作用干扰作用 热工对象W0（s）W0（s）干扰通道干扰通道控制通道控制通道 控制质量是用控制质量是用衰减率衰减率 或或衰减比衰减比n、动态偏差动态偏差ym（ ）、静态静态偏差偏差y（ ）或或e（ ）、控制时间控制时间ts等等 描述对象特性的特征参数是描述对象特性的特征参数是放大系数放大系数K 、时间常数时间常数Tc（T）、迟迟延时间延时间（n） WT(S)W*0(S)reVTVm（扰动） *01TY sWssWs Ws 在单位阶跃扰动下,系

2、统稳态值： *000111limsTPWsKyWs WssK Ks 干扰通道的放大系数干扰通道的放大系数K 越大越大 , 在扰动作用下系统的动态在扰动作用下系统的动态偏差、稳态误差偏差、稳态误差(静态偏差静态偏差)越大。越大。 设K=1,且扰动通道为一阶惯性环节 *000111111111TTTY sWsT ssWs WsWs WsTWs WssT 扰动通道的时间常数越大越好扰动通道的时间常数越大越好,这样可使系统的稳定这样可使系统的稳定性裕度提高，动态偏差减小。性裕度提高，动态偏差减小。1( )(1)nWsT s若：n增加增加,使闭环系统的动态偏差减小使闭环系统的动态偏差减小 当扰动通道存在

3、迟延时,则相当于一阶惯性环节串联了一个迟延环节 *01sTWsY sseWs Ws( )()y ty t 扰动通道迟延时间扰动通道迟延时间的存在仅使被调量在时间轴上平移了的存在仅使被调量在时间轴上平移了一个一个值即过渡过程增加了一个值即过渡过程增加了一个时间。并不影响系统的控制质时间。并不影响系统的控制质量。量。 扰动进入系统的位置离输出扰动进入系统的位置离输出(被调量被调量)越远越远,对系统控制质量影响就越小。对系统控制质量影响就越小。 控制通道的放大系数控制通道的放大系数KPKo 是一种互补关系，如果是一种互补关系，如果KP保保持不变，持不变，Ko增大时控制系统的稳定性裕度下降，被调量的增

4、大时控制系统的稳定性裕度下降，被调量的动、静态偏差增大，控制系统的过渡过程的时间将加长动、静态偏差增大，控制系统的过渡过程的时间将加长 讨论时间常数T和阶次n 控制通道的时间常数控制通道的时间常数T如果增大如果增大,系统的反应速度慢系统的反应速度慢,工作频率工作频率将下降将下降,系统的过渡过程的时间将加长，减小控制通道的时间常数，系统的过渡过程的时间将加长，减小控制通道的时间常数，能提高控制系统的控制质量。能提高控制系统的控制质量。 惯性对象阶次惯性对象阶次n越大对被调量的影响越慢，调节的也越慢，使越大对被调量的影响越慢，调节的也越慢，使控制系统的动态偏差、控制过程的时间增大，稳定性裕度减小。

5、控制系统的动态偏差、控制过程的时间增大，稳定性裕度减小。 讨论时间常数Tc和迟延时间为 当控制通道有迟延时当控制通道有迟延时, 迟延时间对调节是不利的，控制质迟延时间对调节是不利的，控制质量主要取决于迟延和时间常数的比值量主要取决于迟延和时间常数的比值/Tc ,比值越大则控制质量比值越大则控制质量越差。越差。 时间常数越大时间常数越大, 动态偏差、控制过程的时间减小，稳定性裕动态偏差、控制过程的时间减小，稳定性裕度增大，时间常数度增大，时间常数Tc增大能提高系统的控制质量。增大能提高系统的控制质量。 一般一般 /T0.3,/T0.3,称具有大纯滞后过程称具有大纯滞后过程(大迟延系统大迟延系统)

6、，常规常规控制难奏效。控制难奏效。 /T/T之比越大越不容易控制。之比越大越不容易控制。（1 1） 微分先行控制方案：微分作用串联在反馈回路上微分先行控制方案：微分作用串联在反馈回路上 111sTsTD 1sTsTKDDD PIDPID、微分先行和中间反馈三种控制方案的比较、微分先行和中间反馈三种控制方案的比较方案整定参数超调量调节时间PID=3.2 Ti7 TD01.455min微分先行=3.2 Ti7 TD1.4 T111.2650min中间反馈=3.2 Ti7 TD0.4 KD11.3154min可以看到，微分先行和中间反馈控制都能有效地克可以看到，微分先行和中间反馈控制都能有效地克服超

7、调现象，缩短调节时间，有一定使用价值。服超调现象，缩短调节时间，有一定使用价值。sessW50153)( 一、一、Smith预估补偿的原理预估补偿的原理s-0Ts-0T(s)e(s)WW(s)e(s)WW)()( 1sRsY(s)W(s)W(s)eW)()(0ss-0 ssY要要求求)e-(s)(1W(s)Ws-0s 预预估估器器Smith s-10Ts-0T(s)eW(s)(s)WW(s)e(s)WW)()()()()()()()( 111000sTsTsTesWsWesWsWesWsWsRsY (s)eW(s)eW(s)(s)WW(s)e(s)WW(s)eW(s)(s)WW(s)e(s)W

8、W-(s)(s)WW(s)eW)()(s-1s-00Ts-0Ts-00Ts-0T0Ts-0 11111sFsY 二、二、Smith预估补偿控制预估补偿控制 1. 1. 抗干扰的抗干扰的Smith预估器预估器 (s)(s)WW(s)(s)WW)e-(s)(1(s)WW(s)(s)WW(s)eW(s)e(s)WW)e-(s)(1(s)WW(s)(s)WW)e-(s)(1(s)WW(s)(s)WW(s)eW)()(0f0Ts-0T0fs-0s-0Ts-0T0fs-0T0fs-01111 sFsY01)e-(s)(1(s)WW(s)(s)WWs-0T0f (s)W)e-(s)(1(s)WW)(0s-0

9、T 1sWf (s)(s)WW(s)(s)WW(s)e(s)WW(s)e(s)WW)e-(s)(1(s)WW(s)(s)WW(s)e(s)WW)()(0f0Ts-0Ts-0Ts-0T0fs-0T11 sRsY1s-0Ts-0T(s)e(s)WW(s)e(s)WW)()()( sRsYsWf代代入入，得得：将将 问题问题：过程的数学：过程的数学模型与实际过程模型与实际过程特性之间又有误特性之间又有误差，模型的误差差，模型的误差会随时间累积起会随时间累积起来。来。为了克服这一缺点，为了克服这一缺点，可采用增益自适可采用增益自适应补偿方案。应补偿方案。 2. 2.增益自适应补偿方案增益自适应补偿方案

10、 理想情况理想情况下，模型准确复现过程，下，模型准确复现过程，A/B=1，与，与Smith方案相同。方案相同。非理想情况非理想情况下，模型与过程有误差，下，模型与过程有误差，A/B1，根据比值来提，根据比值来提供一个自动校正预估器增益的信号供一个自动校正预估器增益的信号D4 。结果表明（推导略）结果表明（推导略）特征方程中不含纯迟延特征方程中不含纯迟延)()()1 (1)()()()(00sWsWsTesWsWsRsYTdsT 3. 3.观测补偿器控制方案观测补偿器控制方案 seW0cKTCTcKTWWWWWWsWsWsWsWsRsY00)()(1)()()()( 闭环特征方程可得0)()(1)()(1)()(10sWsWsWsWsWsWcKKcT若若WK（s）的模足够小，闭环特征方程成为）的模足够小，闭环特征方程成为0)()(1sWsWCT 表明系统的稳定性只与观测器有关，而与时滞大小无关。若WC（s）