5-纯滞后补偿操纵.ppt

第5章 纯滞后补偿控制系统 从广义角度来说，所有的工业过程控制对象都是具有纯滞后(时滞)的对象。衡量过程具有纯滞后的大小通常采用过程纯滞后和过程惯性时间常数之比 。 时，称生产过程是具有一般纯滞后的过程。当 时，称为具有大纯滞后的过程。 5.1纯滞后对控制质量的影响 在控制系统中的反馈通道出现纯滞后。这时，可表示为： 其中， 不含纯滞后，可以求得： (5-4) (5-5) 系统的闭环特征方程为： （5-6） 设开环传递函数为： ，则交界频率 临界增益 ，则交界频率 临界增益 ，则交界频率， 临界增益 T=0 稳定条件 Kc1 =0 绝对稳定 常规 PID 控制系统 常规PID控制仿真 纯滞后的增加，引起相位滞后增加，从而使交界频率和临界增益降低，将出现两个不良后果：交界频率降低，这意味着进入系统的即使是低频周期性扰动，闭环响应亦将更为灵敏；临界增益降低，这表明为了保证闭环系统的稳定性，则系统降低控制器增益，导致闭环系统的品质下降。 总之， 的增加是不利于闭环系统的稳定性，使闭环系统的控制品质下降。所以，纯滞后出现在反馈通道时，系统的稳定性变差，控制质量下降。 因此,出现在闭环任一环节中的纯滞后 都会引起开环系统相位移的增大。使闭环系统稳定性下降，控制质量变差。 而出现在干扰通道的纯滞后 ，不处于闭环回路中，因此，它的大小不影响系统的开环频率特性，不影响闭环系统的稳定性，也不影响控制质量。 在控制系统的确定和设计时，为了提高系统的控制质量，应设法努力去减小处于闭环回路中的纯滞后。 5.2 史密斯预估补偿控制方案 5.2.1 基本原理和结构 史密斯（O.J.M.Smith）在1957年提出了一种预估补偿控制方案。 图中， 是史密斯引入的预估补偿器传 递函数。为使闭环特征方程不含纯滞后，对图5-3所示的系统，就要求： (5-12) 根据（5-14）与（5-12）式，可以看到， 若 满足： （5-15） 就能实现上述要求。这时闭环特征方程是： (5-16) 这相当于把 作为对象，用 的输出作为反馈信号，从而使反馈信号相应提前了 时刻，所以这种控制称为预估补偿控制。由于闭环特征方程不含纯滞后项，所以有可能提高控制器的增益，从而明显改善控制质量。 （5-15）式代入（5-14）式得： (5-17) 其中， 表示没有纯滞后环节时的随动控制的闭环传递函数。 对于随动控制系统，由（5-17）式，控制过程仅在时间上推迟了时间。这样，系统的过渡过程形状和品质与无纯滞后的完全相同。 对于定值控制系统，由（5-18）式，控制作用要比干扰的影响滞后一个的时间，因此控制的效果不象随动控制系统那样明显, 且与Tf/To比值大小有关。 实际工业过程的被控对象通常是