過(guò)程控制系統(tǒng)大時(shí)延控制系統(tǒng)

1、過(guò)程控制系統(tǒng)大時(shí)延控制系統(tǒng)9/13/20221第1頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三冷軋厚度反饋控制系統(tǒng)（FB-AGC）h1hh0l壓下缸帶鋼+-測(cè)厚儀厚度反饋控制器壓下位置控制器S-+IS9/13/20222第2頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三第一節(jié) 概述1偏差控制2嘗試控制生產(chǎn)的強(qiáng)化和設(shè)備的大型化控制性能要求越來(lái)越高提出了反饋控制大延遲多干擾系統(tǒng)特殊規(guī)律和措施控制理論的不變性原理9/13/20223第3頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三控制理論的不變性原理定義：控制系統(tǒng)的被調(diào)量與擾動(dòng)量無(wú)關(guān)，或在一定準(zhǔn)確度下無(wú)關(guān)。U(

2、s)Y(s)D1(s)D2(s)Dn(s). 設(shè)被控對(duì)象受到干擾信號(hào)Di(t)的作用，則被調(diào)量的不變性表示為：當(dāng) Di(t)0 則 y(t)=C即被調(diào)量與干擾獨(dú)立無(wú)關(guān)。不變性是一種理想狀態(tài)，實(shí)際應(yīng)用不能完全實(shí)現(xiàn)，因此提出了以下幾種不變性：9/13/20224第4頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三絕對(duì)不變性是指對(duì)象在擾動(dòng)作用下，被調(diào)量在整個(gè)過(guò)程中始終保持不變，即調(diào)節(jié)過(guò)程的動(dòng)態(tài)偏差均為零。 由于被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)描述精度的限制和實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)補(bǔ)償裝置的困難，一般工程上是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。絕對(duì)不變性9/13/20225第5頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三它是指準(zhǔn)確度

3、有一定限制的不變性，即與絕對(duì)不變性存在一定誤差，也稱不變性?？杀硎緸? Di(t)0 時(shí) 則 |y(t) - C | 工程應(yīng)用上反饋控制就是不變性。誤差不變性9/13/20226第6頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三被調(diào)量在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動(dòng)量無(wú)關(guān)。即在擾動(dòng)下動(dòng)態(tài)偏差不為零，而在穩(wěn)態(tài)下偏差為零。它用于控制要求不高的場(chǎng)合。穩(wěn)態(tài)不變性9/13/20227第7頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三被調(diào)量往往受到若干個(gè)干擾的作用，系統(tǒng)采用被調(diào)量對(duì)其中幾個(gè)主要的干擾實(shí)現(xiàn)不變性稱選擇不變性。這種方法既能減少補(bǔ)償裝置、節(jié)省投資又能達(dá)到對(duì)主要干擾的不變性。 選擇不變性

4、9/13/20228第8頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三大延遲系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程遲延容積遲延純遲延擾動(dòng)不能及時(shí)反映控制到達(dá)被控量延遲明顯的超調(diào)長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間 1 概述 9/13/20229第9頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三大時(shí)延控制系統(tǒng)特點(diǎn)：當(dāng)測(cè)量信號(hào)達(dá)到控制器,執(zhí)行機(jī)構(gòu)接受信號(hào)后立即動(dòng)作,也需要經(jīng)過(guò)純遲延時(shí)間 以后,才波及到被控量（即在時(shí)間 范圍內(nèi)，被控量完全沒有影響）,使之受到控制。也就是說(shuō)，總遲延較大，導(dǎo)致控制作用不及時(shí)；遲延過(guò)程產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，使過(guò)渡過(guò)程變壞，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。具有純遲延過(guò)程被公認(rèn)為較難控制的過(guò)程。9/

5、13/202210第10頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三對(duì)于控制要求不太苛刻、具有大遲延的過(guò)程，可利用常規(guī)控制器適應(yīng)強(qiáng)、調(diào)整方便等特點(diǎn)，在常規(guī) PID控制基礎(chǔ)上，采用變形的PID控制算法，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整定，滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求。一般情況下，當(dāng)純時(shí)延時(shí)間 與過(guò)程的時(shí)間常數(shù) T 之比大于0.3的過(guò)程認(rèn)為是具有大遲延的過(guò)程。時(shí)延現(xiàn)象越突出，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。9/13/202211第11頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三遲延系統(tǒng)分類純遲延時(shí)間與時(shí)間常數(shù)之比大遲延過(guò)程一般遲延過(guò)程增加更明顯的超調(diào)和長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間嚴(yán)重影響生產(chǎn)和安全控制方案常規(guī)控制預(yù)估補(bǔ)償補(bǔ)償控制工藝

6、控制9/13/202212第12頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三l壓下缸帶鋼測(cè)厚儀前饋式厚度控制器厚差計(jì)算HactHref移位寄存器HSS冷軋厚度前饋控制系統(tǒng)（FF-AGC）9/13/202213第13頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三前饋控制系統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)全部或部分干擾具有不變性按照擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)系統(tǒng)。補(bǔ)償原理補(bǔ)償還可以改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性：補(bǔ)償器原系統(tǒng)對(duì)象新系統(tǒng)對(duì)象設(shè)計(jì)新的裝置或系統(tǒng)，以消除系統(tǒng)干擾的影響或者使系統(tǒng)易于分析和控制。1補(bǔ)償控制9/13/202214第14頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三2常規(guī)控制微分先行

7、控制方案復(fù)習(xí)： PID控制器中微分作用的特點(diǎn)？9/13/202215第15頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三常規(guī)PID控制系統(tǒng)中，微分環(huán)節(jié)的輸入是對(duì)偏差作了比例積分運(yùn)算后的值，因此微分環(huán)節(jié)不能真正起到對(duì)被控參數(shù)變化速度進(jìn)行校正的目的，克服動(dòng)態(tài)超調(diào)的作用有限,因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用,它可以與其它調(diào)節(jié)動(dòng)作結(jié)合成PD和PID調(diào)節(jié)動(dòng)作。9/13/202216第16頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三微分先行PID控制系統(tǒng)框圖9/13/202217第17頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三圖2-6-2 中間微分反饋控制系統(tǒng)框圖

8、常規(guī)控制方案中間微分控制方案與微分先行控制方案類似，將微分環(huán)節(jié)放在反饋回路中，以改善系統(tǒng)的控制質(zhì)量9/13/202218第18頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三9/13/202219第19頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三某大時(shí)延系統(tǒng)采用常規(guī)PID、微分先行和中間微分反饋控制方案效果比較可見：微分先行和中間微分反饋控制方案均能有效克服超調(diào)現(xiàn)象，改善了過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，且無(wú)需特殊設(shè)備，具有一定使用價(jià)值；無(wú)論采用何種方案，被控量均存在較大的超調(diào)，且響應(yīng)速度很慢，難以滿足控制精度要求高的場(chǎng)合，必須采用其他控制手段。方案超調(diào)量調(diào)節(jié)時(shí)間/minPID0.289

9、25微分先行0.16228中間微分反饋0.133219/13/202220第20頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三 3大遲延系統(tǒng)的Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)遲延系統(tǒng)控制動(dòng)作系統(tǒng)輸出控制器提前動(dòng)作去除大的超調(diào)和長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間設(shè)計(jì)補(bǔ)償器置于反饋系統(tǒng)中延遲時(shí)間9/13/202221第21頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三 史密斯預(yù)估補(bǔ)償方法是得到廣泛應(yīng)用的方案之一。它的特點(diǎn)是預(yù)先估計(jì)出過(guò)程在基本擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，然后由預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償，力圖使遲延了時(shí)間 的被控量超前反映到控制器，使控制器提前動(dòng)作從而明顯地減少超調(diào)量，加速調(diào)節(jié)過(guò)程。特點(diǎn)9/13/202222第

10、22頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖9/13/202223第23頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三 Smith預(yù)估補(bǔ)償模型及實(shí)現(xiàn)9/13/202224第24頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三4工藝控制hi+1ViHhi第i機(jī)架第i+1機(jī)架Vi+1冷軋厚度秒流量控制金屬秒流量原理9/13/202225第25頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三h1hh0壓下缸帶鋼+控制算法入口帶鋼厚度Hv0v0*H/ v1-v1反饋式秒流量AGC的控制系統(tǒng) 9/13/202226第26頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三厚度計(jì)式AGC 測(cè)壓頭1/MP控制算法P/M輥縫檢測(cè)h1hS01h0S壓下缸帶鋼+-+-9/13/202227第27頁(yè)，共28頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)37分，星期三E2-7 串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)際上就是由兩臺(tái)控制器串連在一起，控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)。1)與單回路控制系統(tǒng)相比，前者在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上具有