15 4-3 大滞后补偿系统.pptx

第1页：大滞后过程与常规控制

大滞后补偿系统1.大滞后过程与常规控制方案在现代工业生产过程中，有不少的过程特性具有较大的纯滞后时间，其特点是当控制作用产生后，在滞后时间τ范围内，被控参数完全没有响应。滞后：纯滞后与容量滞后总称纯滞后时间τ与其动态时间常数T的比值τ/T≥0.3时，具有较大纯滞后

第2页：纯滞后的典型工艺过程

纯滞后典型工艺过程：带传输过程：在工业生产过程中，一些块状或粉状的物料，例如硫酸生产中沸腾焙烧炉的铁矿进料、热电厂燃煤锅炉的煤粉进料等。当挡板的开度变动引起下料量改变时，需经过传输机传送时间（纯滞后）τ后，物料才到达工艺设备引起工艺参数发生变化。

第3页：大滞后过程难控制的原因

在纯滞后过程中，由于过程控制通道中存在的纯滞后，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动；

• 因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间，被公认为是较难控制的过程；
• 其难控制程度将随着纯滞后τ占整个过程动态时间参数的比例增加而增加；
• 一般认为纯滞后τ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。

第4页：大滞后对稳定性的影响

当τ/T增加时，过程中的相位滞后增加而使超调增大，甚至会因为严重超调而出现聚爆、结焦等事故；

• 此外大滞后会降低整个控制系统的稳定性。因此大滞后过程的控制一直备受关注，重要的研究问题之一；
• 对于大滞后过程的控制若采用前述的串级控制和前馈控制等方案是不合适的。必须采用特殊的控制(补偿)方法。

第5页：PID控制方案微分作用的局限

微分作用的特点是能够按被控参数变化速度的大小，来校正被控参数的偏差，它对克服超调现象能起很大作用。但是对于图所示的PID控制方案，微分环节的输入是对偏差作了比例积分运算后的值。因此，实际上微分环节不能真正起到对被控参数变化速度进行校正的目的，克服动态超调的作用是有限的。1.微分先行控制方案PID控制系统框图

第6页：微分先行控制方案

如果将微分环节更换一个位置，则微分作用克服超调的能力就大不相同了。这种控制方案称为微分先行控制方案。微分先行控制方案16微分环节的输出信号包括了被控参数及其变化速度值，将它作为测量值输入到比例积分调节器中，这样使系统克服超调的作用加强了。

第7页：两种方案的闭环传递函数

两种方案的闭环传递函数

传递函数对比页，说明微分先行比PID少一个零点因而超调更小、控制质量更高。

在给定值作用下在扰动作用下PID控制方案的闭环传递函数：微分先行控制方案的闭环传递函数：少一个零点z＝一1／TD超调量要小一些

本页主体为图示（封面、公式推导、框图或曲线），源文件未提取到成段文字，上述标注与要点请以原课件图片为准。

第8页：中间微分反馈控制方案

中间微分反馈控制方案系统中的微分作用是独立的，能在被控参数变化时及时根据其变化的速度大小起附加校正作用，微分校正作用与PI调节器的输出信号无关，只在动态时起作用，而在静态时或在被控参数变化速度恒定时就失去作用。

第9页：常规控制方案的响应比较

常规控制方案比较PID、微分先行、中间微分反馈控制方案对定值扰动的响应特性19中间微分反馈与微分先行控制方案虽比PID方法的超调量要小，但仍存在较大的超调，响应速度均很慢，不能满足高控制精度的要求。

第10页：Smith预估补偿原理

3.2大滞后过程的预估补偿控制不同于前馈补偿，针对大滞后过程的预估补偿是按照过程的特性，预估出一种模型加入到反馈控制系统中，以补偿过程的动态特性，这种预估补偿控制也因其预估模型的不同而形成不同的方案。Smith预估补偿原理预先设计出被控过程的动态模型，然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后特性进行补偿，力图将被延迟了时间τ的被控量提前进入调节器，因而调节器能提前动作，通过补偿装置，消除了纯滞后特性在闭环中的影响，从而可以明显减小过程的超调量，缩短过渡过程时间。

第11页：Smith预估器的模型

Smith预估器的模型

预估器页，给出预估器等于过程模型乘(1-e^(-τs))的表达式。

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第12页：Smith预估系统的传递函数

Smith预估系统的传递函数

传递函数页，给出含Smith预估器的闭环传递函数推导过程。

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第13页：预估补偿的效果

经预估补偿，其特征方程中已消去了e－τs项，即消除了纯滞后对系统控制品质的不利影响。至于分子中的e－τs，仅仅将系统控制过程曲线在时间轴上推迟一个τ，所以预估补偿完全补偿了纯滞后对过程的不利影响。系统品质与被控过程无纯滞后完全相同。14esW(s)esY(s)W0(s)Wc(s)X(s)1W0(s)Wc(s)

第14页：大滞后过程的采样控制

3.3大滞后过程的采样控制

• 对于大滞后的被控过程，为了提高系统的控制品质，除了采用上述控制方案外，还可以采用采样控制方案。
• 其操作方法是：当被控过程受到扰动而使被控参数偏离给定值时，即采样一次被控参数与给定值的偏差，发出一个操作信号；
• 然后保持该操作(控制)信号不变，保持的时间与纯滞后大小相等或较大一些；

第15页：采样控制的工作过程

当经过τ时间后，由于操作信号的改变，被控参数必然有所反应，此时，再按照被控参数与给定值的偏差及其变化方向与速度值来进一步加以校正，校正后又保持其量不变，再等待一个纯滞后τ。

• 这样重复上述动作规律，一步一步地校正被控参数的偏差值，使系统趋向一个新的稳定状态。
• 这种“调一下，等一等”方法的核心思想是避免调节器进行过操作，而宁愿让控制作用弱一些，慢一些。
• 以上动作规律若用调节器来实现，就是每隔τ时刻动作一次的采样调节器。

第16页：采样控制系统框图

采样控制系统框图

采样控制框图，标出两个采样器与保持器并说明执行器位置在采样间隔保持不变。

采样时间T≥τ7S1、S2表示采样器

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