大滞后控制精要.ppt

辽宁科技大学电信学院 张勇 第四节 大滞后补偿控制系统 由上面四个式子可见,微分先行控制方案和PID控制方案的特征方程完全相同。但是从两个控制回路的闭环传递函数可以看出： * * 在许多工业生产过程中，例如：传送物料能量、测量成分量、皮带运输、带钢连轧机，以及多容、多种设备串联等过程，都存在较大的纯时延。 例： 大延时对象一般是指广义对象的时延与时间常数之比大于0.5。 控制系统中的大时延能导致系统的稳定性下降，甚至不稳定。 克服纯延时的几种常见方案 改进型常规控制：具有通用性广等特点，目前较常用。 预估补偿：原理上能消除纯延时对控制系统的动态影响，但前提是具有被控过程的精确模型，工程上往往难以实现。 采样控制：成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。 其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。 一、改进型常规控制方案 常规PI+D控制方案 微分先行控制方案 常规PI+D 微分先行 微分先行控制方案比PI+D控制系统闭环传递函数少了一个零点，所以 微分先行控制方案比PI+D控制方案超调量要小一些,提高了控制质量。 对比说明 只在动态过程中起调节作用。 三种控制方案在设定值扰动下过渡过程的比较见右图。 微分先行、中间反馈控制方案简单易行，且对降低超调量有显著的效果。 中间微分控制方案 二、Simth预估补偿控制方案 1957年 史密斯（O.J.M.Smith）提出了一种以模型为基础的预估器补偿控制方法。 设计思想: 预先估计出过程在基本扰动作用下的动态响应,然后由预估器进行补偿,试图使被延时了τ的被控量超前反馈到控制器,使控制器提前动作,从而大大降低超调量,并加速调节过程。 Smith预估器补偿器控制原理图如下： 上面两式的特征方程中,由于引入了 项,使闭环系统的品质大大恶化.若能将 与 分开,以 的输出信号作为反馈信号,则可大大改善控制品质.但实际工业过程中 与 是不可分离的,所以SIMTH提出了上面的补偿方案. 对于单回路大滞后系统： SIMTH预估控制的特点: 1、理论上SIMTH预估补偿控制能够克服大滞后的影响。但由于SIMTH预估器需要知道被控过程精确数学模型，且对模型的误差十分敏感，因而难于在工业生产过程中广泛应用。 2、由于 第二项含有滞后环节，只有在tτ时产生控制作用，当t≤τ时无控制作用，所以SIMTH预估补偿控制对给定值的跟随效果比对干扰量扰动的抑制效果好。 三、大滞后过程采样控制 其操作方法是；当被控过程受到扰动而使被控量偏离给定值时，即采样一次被控量与给定值的偏差，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大一些。经过时间τ后，由于操作信号的改变，被控量必然有所反应，此时再按照被控量与给定值的偏差及变化方向与速度值来进一步加以校正，校正后又保持其控制量不变，再等待一个滞后时间τ。这样重复上述动作规律，一步一步的校正被控量的偏差值，使系统趋向一个新的稳定状态。 核心思想：调一下，等一等，让控制动作慢一些，弱一些