過程控制-第九講：大延時系統(tǒng)設(shè)計(lyz1)

過程控制--第九講：大延時系統(tǒng)設(shè)計(lyz1).ppt重點內(nèi)容大時延控制系統(tǒng)=大時延對象+反饋控制系統(tǒng)內(nèi)容：系統(tǒng)分析控制方案系統(tǒng)整定系統(tǒng)投運Date2過程控制與儀表

一、概述大延時系統(tǒng)：人們關(guān)注焦點，成為重要的研究課題：工業(yè)生產(chǎn)過程中，某些過程特性具有較大的純時延，其特點是當(dāng)控制作用產(chǎn)生后，在時間τ范圍內(nèi)，被控參數(shù)完全沒有響應(yīng)。若過程控制通道或測量變送環(huán)節(jié)存在延時，將會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且，純時延會導(dǎo)致被控參數(shù)的偏差值增加，系統(tǒng)動態(tài)控制精度和靜態(tài)控制質(zhì)量下降。對于具有有時延過程的控制是非常困難的，采用反饋控制和前饋控制等方案是無法克服的。大時延對象：當(dāng)對象純延遲時間τo與其時間常數(shù)To之比大于0.3，則該系統(tǒng)為具有大延時對象；當(dāng)純延遲與時間常數(shù)之比增加，延時現(xiàn)象更加突出，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。控制策略：微分先行Smith預(yù)估Date3過程控制與儀表

二、常規(guī)控制方案1．微分先行控制方案在大延時過程中，控制器若采用PI或PID控制規(guī)律時，系統(tǒng)的品質(zhì)均會下降，純時延愈大，其問題愈突出。PID控制系統(tǒng)中采用微分先行控制方案與普通的PID控制系統(tǒng)相比，其控制品質(zhì)有較大提高，對于減小超調(diào)量更顯著。特點：微分先行PID控制系統(tǒng)中，微分環(huán)節(jié)的輸出信號包括了被控參數(shù)及其變化速度值，將它作為反饋量與給定值比較的偏差作為PI控制器的輸入信號，這樣系統(tǒng)具有更強克服超調(diào)的作用。

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二、常規(guī)控制方案1．微分先行控制方案

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二、常規(guī)控制方案1．微分先行控制方案A、微分先行控制在給定值作用下：B、PID控制系統(tǒng)在給定值作用下：

注意：微分先行控制方案和PID控制方案的特性方程完全相同。少一下零點Z＝－1/TD，所以微分先行控制方案比PID控制方案的超調(diào)量要小一些，提高了控制質(zhì)量。

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二、常規(guī)控制方案2．中間微分控制方案特點：系統(tǒng)中的微分作用是獨立的；在動態(tài)時起作用，而在靜態(tài)時或在被控參數(shù)變化速度恒定時就失去作用。

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二、常規(guī)控制方案2．中間微分控制方案設(shè)：對象：控制器：PI調(diào)節(jié)器PI常規(guī)控制：中間微分環(huán)節(jié)：

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二、常規(guī)控制方案2．中間微分控制方案設(shè)：將上式展開：求得兩種控制方案的特征根為中間微分控制方案：S1，2=－0.199±j0.058S3=－0.643S4=－0.207PI控制系統(tǒng)：S1，2=－0.161±j0.253S3=－0.755S4=－0.15討論：中間微分控制方案的一對主要極點（復(fù)根）離jω軸較遠，其衰減較快；而PI控制方案的一對主要極點（復(fù)根）離jω軸較近，其衰減較慢。兩方案零點相同。中間微分控制方案的衰減比較大，過渡過程時間較短，這種控制方案對克服純時延的效果較好。

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三、SMITH預(yù)測估計設(shè)對象的特性為W0(s)，其中W0(s)為對象不包含時延環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)；擾動通道的特性為Wf(s)；控制器的特性為Wc(s)，單回路系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為：特征方程中引入項，使閉環(huán)系統(tǒng)的品質(zhì)大大惡化。

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三、SMITH預(yù)測估計等效方案：W0(s)（1－e-τs）為預(yù)估補償裝置的傳遞函數(shù)。

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三、SMITH預(yù)測估計給定值為擾動時的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

對于擾動信號的傳遞函數(shù)為：討論：預(yù)估補償完全補償了時延對系統(tǒng)的不利影響，系統(tǒng)控制品質(zhì)與被控過程無延時完全相同。Smith預(yù)估補償控制方法的缺點是模型的誤差會隨時間累積起來，也就是對過程特性變化的靈敏度很高。為此可采用增益自適應(yīng)預(yù)估補償控制。

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四、采樣控制實現(xiàn)控制原理：當(dāng)被控過程受擾動而使被控參數(shù)偏離給定值時，采樣被控參數(shù)與給定值，保持其值不變，保持的時間與純時延大小相等或稍大一些。當(dāng)經(jīng)過τ時間后，再按照被控參數(shù)與給定值的偏差及其變化方向與速度值來進一步加以校正，校正后又保持其值不變。再等待一個純時延τ，這樣重復(fù)上述動作規(guī)律，一步一步地校正被控參數(shù)的偏差值，使系統(tǒng)趨向一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。

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五、控制舉例設(shè)貯液罐液位控制系統(tǒng)的廣義過程傳遞函數(shù)為式中：K0＝2，T0＝2min，τ＝4min