现代过程控制基础-3-经典过程控制技术.ppt

* Smith预估补偿控制原理图 Smith预估补偿控制系统结构等效图 3.4.1 Smith预估补偿控制 输出对给定值的闭环传递函数为 输出对干扰量的闭环传递函数为 * 3.4.1 Smith预估补偿控制 Smith预估补偿控制 传统单回路控制 输出对给定值的闭环传递函数为 输出对给定值的闭环传递函数为 补偿后的特征方程中消去了 项,分子中的 仅将系统控制过程曲线在时间轴上推迟了一个 ，即完全补偿了纯时滞对过程的不利影响 * 3.4.1 Smith预估补偿控制 Smith预估补偿控制 传统单回路控制 输出对干扰量的闭环传递函数为 输出对干扰量的闭环传递函数为 干扰传函由两项组成：第一项为干扰量对被控参数的影响；第二项为用来补偿扰动对被控参数影响的控制作用。由于第二项有滞后 ，只有 时产生控制作用，当 时无控制作用，所以Smith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要好。 * 3.4.1 Smith预估补偿控制 传统PI（无时滞补偿）控制效果 Simith预估补偿控制效果 Simith预估补偿与传统PI控制抗扰效果对比 被控对象传递函数 * 3.4.1 Smith预估补偿控制 Smith预估补偿的特点是预先估计过程的动态特性后进行补偿，使被迟延了的被调量超前反映到调节器，使调节器提前动作，从而能明显地减少超调量并加速调节过程。 单回路系统框图 Smith预估补偿控制 * 3.4.2 时滞补偿的数字控制器 具有纯滞后补偿的数字控制器由两部分组成： 一部分是施密斯预估器； 一部分是数字PID控制器。 1）施密斯预估器 (以一阶惯性带纯滞后对象为例) 2）数字PID控制器 e(k)=r(k)-y(k)-yτ(k) 施密斯预估器 , N=τ/T * * * * * * 3.2.1 串级控制系统的结构组成 加热炉是工业常用设备，工艺要求被加热物料的温度为某一定值。 图 1 单回路系统（控制出口温度） 图 2 串级控制系统 图 3 串级控制系统框图 二次扰动: 燃料压力变化 和烟囱抽力 一次扰动：被加热物料的流量或初温变化 主被控量: 出口温度 副被控量: 炉膛温度 主环：定值控制系统。 包括主调节器、主变送器、主对象。 副环：随动控制系统。给定值有主调节器输出给定。副调节器输出控制调节阀。 包括副调节器、副变送器、副对象、调节阀。 　串级控制系统框图 * 3.2.1 串级控制系统的结构组成 (可测、可控) * 3.2.2 串级控制系统特点 （1）由于增加了一个副回路，使等效被控过程时间常数减小，缩短了控制通道，使控制作用更加及时。 等效框图 * （2）增强对一次、二次扰动的克服能力。 3.2.2 串级控制系统特点 由于副回路的存在，能迅速克服进入副回路的二次扰动，从而大大减小了二次扰动的影响，提高了控制质量 由于缩短了控制作用更加及时，串级控制系统的抗一次扰动的能力要比单回路控制系统略强一些。 * 3.2.2 串级控制系统特点 （3）对副回路参数变化具有一定的自适应能力 负荷变化对副回路增益基本无影响； * 3.2.3 串级控制系统分析 【例】针对某过程考虑采用串级控制方案，主副控制器均采用比例控制方式，其中副控制器比例系数 ，其它环节传递函数已给出，试与单回路控制对比，分析该方案性能。 * 3.2.3 串级控制系统分析 【解】 加快了对Y2的响应速度 临界放大系数增加约4倍 * 3.2.3 串级控制系统分析 【解】 注：PID参数整定 临界比例度法 相同放大系数下，扰动稳态误差显著减小 相同放大系数下，扰动动态误差也得到改善，其中，二次扰动效果更加明显 * 3.2.3 串级控制系统分析 串级控制系统与单回路控制系统相比有一个显著的区别，即在结构上多了一个副回路，形成了两个闭环——双闭环： 主回路（外环）是定值控制系统， 发挥“细调”作用 副回路（内环）是随动控制系统，发挥“粗调”作用 与单回路控制系统相比，串级控制系统多用了一个测量变送器与一个调节器，增加的投资并不多（对一些带有串级控制的数字调节器来说，仅增加了一个测量变送器），但控制效果却显著提高： 改善了被控过程的动态特性 大大增强了对二次扰动的克服能力 提高了对一次扰动的克服能力 对副回路参数变化具有一定的自适应能力 * 3.2.4 串级控制系统的设计 （一） 主、副回路设计 1．副回路应包括尽可能多的扰动 副回路对于包含在其内的二次扰动以及非线性与参数、负荷变化有很强的抑制能力与一定的自适应能力，因此副回路应包括生产过程中变化剧烈、频繁且幅度大的主要扰动。 2