利用補(bǔ)償原理提高系統(tǒng)的

利用補(bǔ)償原理提高系統(tǒng)的1第一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日§6-1概述2)反饋控制系統(tǒng)的不足在被控對(duì)象呈現(xiàn)大遲延,多干擾等難以控制的特性,而又希望得到較好的過程響應(yīng)時(shí),反饋控制難以得到好的效果．例1純遲延系統(tǒng)的快速性分析1)反饋控制的優(yōu)點(diǎn)(PID控制)①原理簡單,使用方便,不需知道對(duì)象的確切模型魯棒性:控制系統(tǒng)在其特性或參數(shù)發(fā)生變化時(shí)仍可使品質(zhì)指標(biāo)不變的性能②適應(yīng)性強(qiáng)③魯棒性強(qiáng),

控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不敏感2第二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日上述幾類問題用反饋控制難以得到好的控制品質(zhì)，其原因可歸納為：②反饋控制器不能事先規(guī)定它的輸出值,而只是改變它的輸出值直到被調(diào)量與設(shè)定值一致為止,它是以嘗試法來進(jìn)行控制的,是一種原始的控制方法．問題:

是否可以在偏差產(chǎn)生前(擾動(dòng)發(fā)生但還未影響到被調(diào)量)就讓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)作出反應(yīng),通過對(duì)干擾進(jìn)行補(bǔ)償來抵消其影響,使被控對(duì)象不受干擾影響.？？？？？這就是前饋控制(FeedforwardControl(FFC)),它是一種按干擾進(jìn)行控制的開環(huán)控制.①反饋控制是一種偏差控制,系統(tǒng)在控制中必定存在偏差,因此不能得到完美的控制效果,調(diào)節(jié)器總是在偏差出現(xiàn)后才開始動(dòng)作。3第三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日例2換熱器控制(用蒸汽Q對(duì)物料F進(jìn)行加熱,保持出料口物料溫度穩(wěn)定)方案1----反饋控制缺點(diǎn)：對(duì)干擾的響應(yīng)不夠及時(shí),總是偏差出現(xiàn)后才開始調(diào)節(jié).按偏差大小進(jìn)行控制的．Fe調(diào)節(jié)閥θ1被調(diào)量:換熱器出口溫度θ1Gc(s)Gv(s)Gp(s)Gm(s)θr—θ1

閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖F(s)Qe信號(hào)流向反饋前饋主要干擾:換熱器的物料量F4第四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日方案2----前饋控制控制思路：以干擾作用的大小進(jìn)行控制,干擾出現(xiàn)后馬上進(jìn)對(duì)干擾直接進(jìn)行控制，控制比反饋及時(shí)干擾F

調(diào)節(jié)閥θ1蒸汽量物料量Gff(s)Gv(s)Gd(s)Gp(s)F(s)θ1前饋控制系統(tǒng)方框圖Qθ1Gff(s)Gv(s)Gp(s)Gd(s)++FQ信號(hào)流向信號(hào)流向行調(diào)節(jié)．優(yōu)點(diǎn)：什么是干擾？5第五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：系統(tǒng)對(duì)于干擾F實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件是:Gff(s)Gv(s)Gp(s)Gd(s)++θ1FQ前饋控制的理論基礎(chǔ)是不變性原理,或稱為擾動(dòng)補(bǔ)償理論—6第六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日不變性原理:控制系統(tǒng)的被調(diào)量與擾動(dòng)量絕對(duì)無關(guān)或在一定準(zhǔn)確度下無關(guān)，也就是被調(diào)量完全獨(dú)立或基本獨(dú)立．設(shè)被控對(duì)象受到干擾Di(t)的作用，則被調(diào)量y(t)的不變性可表示為:即被調(diào)量y(t)與干擾Di(t)獨(dú)立無關(guān)．在應(yīng)用不變性原理時(shí),由于各種原因,不可能完全實(shí)現(xiàn)上式所規(guī)定的y(t)與Di(t)獨(dú)立無關(guān),因此就被調(diào)量與干擾量之間的不變性程度,提出了幾種不變性．7第七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日(1)絕對(duì)不變性對(duì)象在擾動(dòng)Di(t)作用下,被調(diào)量y(t)在整個(gè)過渡過程中始終保持不變,調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)偏差均為零.實(shí)際中難以達(dá)到：對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性不可能絕對(duì)精確；擾動(dòng)補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)上的困難．理想的控制標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度有一定限制的不變性．可表示為:允許存在一定的誤差,在工程上容易實(shí)現(xiàn),而且生產(chǎn)中也不會(huì)有絕對(duì)不變性的要求,所以應(yīng)用廣泛.如反饋控制從理論上應(yīng)該屬于誤差不變性．(2)誤差不變性(ε不變性

)8第八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日(3)穩(wěn)態(tài)不變性(4)選擇不變性帶積分環(huán)節(jié)的反饋控制屬于穩(wěn)態(tài)不變性．在干擾Di(t)作用下,被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差不為零,而穩(wěn)態(tài)偏差為零,被調(diào)量在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動(dòng)量無關(guān).系統(tǒng)中被調(diào)量對(duì)其中幾個(gè)主要的干擾實(shí)現(xiàn)不變性.主要干擾次要干擾減少了補(bǔ)償裝置,節(jié)省投資又能達(dá)到對(duì)主要干擾的不變性．9第九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日§6-2前饋控制系統(tǒng)對(duì)象前饋控制器設(shè)定值r調(diào)節(jié)量μyD1D2D3被調(diào)量前饋控制系統(tǒng)前饋控制是以不變性原理為理論基礎(chǔ)的一種控制方法.它測(cè)量出影響過程的主要擾動(dòng)因素,連同設(shè)定值一起,計(jì)算出適應(yīng)擾動(dòng)的調(diào)節(jié)量并進(jìn)行控制。無論干擾何時(shí)出現(xiàn),系統(tǒng)都立即開始校正,使擾動(dòng)在影響到被調(diào)量之前就被抵消掉.從理論上講,前饋控制可是實(shí)現(xiàn)很完善的控制,即使是難控過程,其性能也僅受測(cè)量和計(jì)算精度的限制．一基本概念u=f(r,D1,D2,D3

)10第十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日例3鍋筒鍋爐的水位控制鍋爐的水位控制系統(tǒng)生產(chǎn)過程:給水G經(jīng)鍋爐加熱產(chǎn)生蒸汽輸出.被調(diào)量:鍋爐水位H,保持恒定.擾動(dòng):

負(fù)荷(蒸汽D)擾動(dòng),給水?dāng)_動(dòng).

控制方案：1.串級(jí)控制(反饋控制)2.前饋控制11第十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.串級(jí)空制2.如果負(fù)荷變化幅度大而頻繁,難滿足要求,水位波動(dòng)大;假水位:鍋爐蒸汽負(fù)荷突然(出汽)↑,氣壓↓,水的沸點(diǎn)↓,水汽混合物體積↑,則此時(shí)水位不因蒸發(fā)量大于給水量而下降，反而上升．反之一樣．負(fù)荷擾動(dòng)主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥管路鍋爐流量變送器液位變送器給水?dāng)_動(dòng)rHG(s)D(s)液位-流量串級(jí)控制動(dòng)態(tài)偏差,調(diào)節(jié)過程加長．缺點(diǎn)：1.對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)不夠及時(shí);3.負(fù)荷對(duì)水位的影響存在假水位現(xiàn)象,調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生更大12第十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥管路鍋爐壓力變送器液位變送器給水?dāng)_動(dòng)負(fù)荷擾動(dòng)rHG(s)D(s)如果直接以負(fù)荷的擾動(dòng)來調(diào)節(jié)閥門,使給水量總等于負(fù)荷量,就能解決負(fù)荷擾動(dòng)大,控制不及時(shí)的缺點(diǎn).前饋控制:

預(yù)先測(cè)量出過程的主要擾動(dòng)因素,由對(duì)象的(物質(zhì)或能量)平衡條件,計(jì)算出抵消該擾動(dòng)的調(diào)節(jié)量進(jìn)行控制.只要干擾出現(xiàn),立即進(jìn)行校正,使得擾動(dòng)在影響被調(diào)量之間就被抵消.13第十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日鍋爐DDT開方器LTΣLC閥QCDT開方器ΣhIG*IGID+-If蒸汽負(fù)荷給水G鍋爐水位前饋控制系統(tǒng)IＬG=f(D,r)14第十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日If*=IG-ID+5.0LCQC調(diào)節(jié)閥鍋爐DT液位變送器H鍋爐水位前饋控制方框圖開方器ΣΣ蒸汽質(zhì)量流量IDIG*=ID+IL-5.0IL給水IG--+給水?dāng)_動(dòng)負(fù)荷擾動(dòng)前饋控制器開方器-15第十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日前饋控制的特點(diǎn)控制類型控制的依據(jù)檢測(cè)的信號(hào)控制作用的時(shí)間反饋控制被調(diào)量偏差e被控變量偏差出現(xiàn)后前饋控制干擾量的大小干擾量偏差出現(xiàn)前(2)前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng);(與反饋控制根本區(qū)別)(3)前饋控制使用的是依對(duì)象特性而定的專用控制器;(4)一種前饋控制作用只能克服一種干擾．(1)前饋控制是按干擾作用的大小進(jìn)行控制的，如果控制作用恰倒好處,一般比反饋控制及時(shí)．16第十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合(1)系統(tǒng)中存在可測(cè)但不可控的變化幅度大且頻繁的干擾,這些干擾對(duì)被控參數(shù)影響顯著,反饋控制達(dá)不到質(zhì)量要求。(2)當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯后時(shí)間較長,由于反饋控制不及時(shí)影響控制質(zhì)量時(shí),可采用前饋或前饋－反饋控制系統(tǒng).17第十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)只需在穩(wěn)定工況下對(duì)干擾量進(jìn)行補(bǔ)償,控制器的輸出是輸入量的函數(shù),與時(shí)間因子無關(guān).對(duì)控制要求不高,只關(guān)心結(jié)果,不重過程．例4列管換熱器控制1)生產(chǎn)過程換熱器料液Q,θ1θ2D加熱蒸汽P找出主要擾動(dòng)列出平衡方程具體實(shí)現(xiàn)2)調(diào)節(jié)量(θ2

)3)擾動(dòng)量(Q,θ1,p)4)前饋控制設(shè)計(jì)思路:◆主要擾動(dòng)料液流量Q料液入口溫度θ118第十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日◆平衡方程19第十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器θTΣXQ

θ1θ2rθ1+-kQCDTDTD*DDθ2靜態(tài)前饋補(bǔ)償器前饋補(bǔ)償器調(diào)節(jié)器閥管道換熱器壓力變送器Qθ1Dθ2D*θ2r◆實(shí)現(xiàn)D=kQ(θ2r-θ1)無論Q,θ1如何變化,總有D=kQ(θ2r-θ1),Q,θ1的擾動(dòng)都能由蒸汽流量D立即進(jìn)行補(bǔ)償．得到蒸汽流量的給定值D*=kQ(θ2r-θ1)20第二十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日5)前饋控制算法與對(duì)象數(shù)學(xué)模型關(guān)系Qθ1Dθ2r數(shù)學(xué)模型Qθ1Dθ2r前饋控制算法從本質(zhì)上講,前饋控制算法就是過程的數(shù)學(xué)模型D=cpQ(θ2r-θ1)/Hs21第二十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日6)參數(shù)對(duì)控制的影響Q↑D↑θ2r↑D↑θ1↑D

↓k對(duì)出口溫度θ2的影響：通過調(diào)整k值可以調(diào)整出口溫度與設(shè)定值的殘差①k過小,D的減小過小,欠補(bǔ)償換熱器θTΣXQθ1θ2rθ1+-kQCDTDTD*DDθ2靜態(tài)前饋補(bǔ)償器料液流量蒸汽流量②k過大,D的減小過大,過補(bǔ)償③k適當(dāng),D的減小與Q的減小匹配,殘差為022第二十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日7)前饋控制與常規(guī)PID控制效果的比較(a)PID控制過程(b)靜態(tài)前饋控制過程①前饋控制比PID控制及時(shí),能更早地②前饋控制超調(diào)量小;③前饋控制作用時(shí)間短.校正偏差;靜態(tài)前饋控制除了較高的精度外,還具有固有的穩(wěn)定性和很強(qiáng)的自身平衡傾向．如料液沒流量后，蒸汽也會(huì)自動(dòng)關(guān)斷．23第二十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日8)靜態(tài)前饋控的制缺點(diǎn)(1)負(fù)荷變化時(shí)都有一段動(dòng)態(tài)不平衡過程，表現(xiàn)為瞬時(shí)溫度誤差(2)如果負(fù)荷情況與當(dāng)初調(diào)整系統(tǒng)時(shí)的情況不同,就有可能出現(xiàn)殘差.右圖中曲線D=kQ(θ2r-θ1)從理論上說，按靜態(tài)模型設(shè)計(jì)的前饋控制裝置可以保證靜態(tài)偏差為零，但無法干預(yù)動(dòng)態(tài)偏差的發(fā)生．①—料液流量Q↑;

②—蒸汽流量D↑③—靜態(tài)前饋控制溫度變化曲線存在一段時(shí)間較小的偏差,是由于擾動(dòng)通道和調(diào)節(jié)通道之間對(duì)象動(dòng)態(tài)特性不同所引起的動(dòng)態(tài)偏差.靜態(tài)前饋補(bǔ)償不能解決．動(dòng)態(tài)不平衡區(qū)24第二十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日三動(dòng)態(tài)前饋控制動(dòng)態(tài)前饋控制器在任何時(shí)刻均能實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的補(bǔ)償.選擇合適的控制規(guī)律,使干擾經(jīng)過調(diào)節(jié)通道和對(duì)象擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性完全一致,符號(hào)相反,便可達(dá)到對(duì)干擾的完全補(bǔ)償．動(dòng)態(tài)前饋與靜態(tài)前饋的結(jié)構(gòu)相同,控制規(guī)律不同.動(dòng)態(tài)前饋控制器的輸出不僅是干擾量的函數(shù),也是時(shí)間的函數(shù).動(dòng)態(tài)前饋的校正作用使被控量的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差都接近或等于零Gff(s)Gv(s)Gp(s)Gd(s)++θ2r擾動(dòng)QD擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道25第二十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日1.動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)擾動(dòng)量----D(s)被調(diào)量----Y(s)沒有補(bǔ)償器時(shí),擾動(dòng)量D只通過Gd(s)影響Y,即有了補(bǔ)償器后,擾動(dòng)量D同時(shí)還通過補(bǔ)償通道Gff(s)Gv(s)Gp(s)來影響被調(diào)量Y,則根據(jù)不變性原理,有補(bǔ)償器傳遞函數(shù)為：Gv(s)Gff(s)補(bǔ)償器m調(diào)節(jié)閥μGp(s)DY(s)擾動(dòng)被調(diào)量Gd(s)擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道26第二十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日假定擾動(dòng)通道和調(diào)節(jié)通道傳遞函數(shù)Gd(s)和Gp(s)均為純遲延:調(diào)節(jié)閥特性Gv(s)=kv,則在擾動(dòng)D作用下,進(jìn)行靜態(tài)前饋控制,靜態(tài)前饋裝置只需實(shí)現(xiàn)此時(shí)只能保證穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償．Gff(s)Gv(s)GP(s)GD(s)++Y(s)Dy(∞)=0,y(t)≠027第二十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日擾動(dòng)D引起被調(diào)量持續(xù)時(shí)間為(τd-τp)的一個(gè)瞬變過程.要進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,需要把前饋信號(hào)推遲τd-τp,即:Gff(s)Kve-τpse-τds++Y(s)DDt0ytτpτdy0tD(t-τd)D(t-τp)調(diào)節(jié)通道擾動(dòng)通道28第二十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日如果Gd(s)和Gp(s)分別是時(shí)間常數(shù)為Td和Tp的一階慣性環(huán)節(jié),控制仍設(shè)置為靜態(tài)前饋控制,使Gff(s)=-1/k,則有(假定Td>Tp)當(dāng)t+∞時(shí),limy(t)=0,靜態(tài)誤差為零.由于兩個(gè)通道時(shí)間常數(shù)不同,出現(xiàn)了動(dòng)態(tài)偏差.Dt0ytTdTp0ytGff(s)Kv1/(Tps+1)1/(Tds+1)++Y(s)D29第二十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日Gff(s)Kv1/(Tps+1)1/(Tds+1)++Y(s)D根據(jù)不變性原理,要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，則有:導(dǎo)前—滯后環(huán)節(jié)30第三十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2.簡單的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器：導(dǎo)前—滯后環(huán)節(jié)1)按不變性原理實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償只有理論意義,實(shí)際上是不可2)可以采用前饋控制的過程的特點(diǎn)：①擾動(dòng)通道和調(diào)節(jié)通道的傳遞函數(shù)性質(zhì)相近②如果有純遲延，在數(shù)值上比較接近①過程的動(dòng)態(tài)特性難以測(cè)準(zhǔn),而且具有不可忽視的非線性,②寫出的補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)并不等于能夠?qū)崿F(xiàn)．能實(shí)現(xiàn)的．特別是在不同負(fù)荷下動(dòng)態(tài)特性變化很大。31第三十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日在大多數(shù)情況下，只需要考慮主要的慣性環(huán)節(jié)，即實(shí)現(xiàn)部分補(bǔ)償．通常采用簡單的導(dǎo)前—滯后裝置作為動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器就可以滿足要求．其傳遞函數(shù)為：其增益為1,只起動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)淖饔?由靜態(tài)前饋裝置保持靜態(tài)準(zhǔn)確性。由補(bǔ)償后干擾通道和補(bǔ)償通道關(guān)系有:τ1—導(dǎo)前時(shí)間；τ2—滯后時(shí)間τ1=Tp,τ2=Td32第三十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器ΣkQ

θ1

θ2rθ1+-xD*

θ2前饋控制PI閥p+-料液蒸汽換熱器前饋控制系統(tǒng)方框圖換熱器在前饋和反饋控制下的響應(yīng)曲線前饋控制的優(yōu)越性:與反饋控制相比,控制質(zhì)量好,而且不會(huì)出現(xiàn)閉環(huán)控制系統(tǒng)中存在的穩(wěn)定性問題.在前饋控制系統(tǒng)中還不需要被調(diào)量的測(cè)量信號(hào).33第三十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日四前饋-反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)的不足之處:1)靜態(tài)準(zhǔn)確性難保證2)前饋控制是針對(duì)具體的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?一種前饋控制作用可以將前饋控制和反饋控制結(jié)合起來,構(gòu)成前饋－反饋控制系統(tǒng).既利用了前饋控制作用及時(shí)的特點(diǎn),又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)和對(duì)被調(diào)量實(shí)現(xiàn)反饋檢驗(yàn)的長處．3)對(duì)被調(diào)量無檢驗(yàn)要達(dá)到高度的靜態(tài)準(zhǔn)確性,需要有準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,精確的測(cè)量儀表和計(jì)算裝置,而且,模型中的系數(shù)也可能隨運(yùn)行條件而變化．只能克服一種干擾.34第三十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日Gc(s)Gp(s)Gff(s)Gd(s)前饋－反饋控制系統(tǒng)方框圖

θ2r+-++++Dθ2典型的前饋－反饋控制系統(tǒng)干擾通道前饋補(bǔ)償通道反饋通道系統(tǒng)的校正作用：Gc(s)+Gff(s)控制系統(tǒng)是偏差控制和擾動(dòng)控制的結(jié)合，也稱為復(fù)合控制系統(tǒng)．前饋—反饋控制系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)完全補(bǔ)償?shù)臈l件與前饋控制時(shí)完全相同,反饋回路中加入前饋控制對(duì)反饋調(diào)節(jié)器所需要整定的參數(shù)帶來的變化不大.但是反饋調(diào)節(jié)器所需完成的工作量大大減小,而被調(diào)量的靜態(tài)準(zhǔn)確性(殘差)總能夠滿足要求．35第三十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日前饋控制器:反饋控制:其他干擾,補(bǔ)償前饋控制不準(zhǔn)確引起的偏差Q,θ1D*換熱器ΣkQθ1θ2rθ1+-xD*θ2前饋控制PIPI閥p++--換熱器前饋－反饋控制系統(tǒng)36第三十六頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日前饋－反饋控制的優(yōu)點(diǎn)：1)增加了反饋回路，簡化了前饋控制系統(tǒng)，只需要對(duì)主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其他干擾可由反饋控制予以校正。2)反饋回路的存在,降低了前饋控制模型的精度要求．3)負(fù)荷或工況變化時(shí),對(duì)象特性也要變化,可由反饋控制加以補(bǔ)償,具有一定的自適應(yīng)能力．37第三十七頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日§6-3大遲延系統(tǒng)2)遲延的形式3)遲延對(duì)控制系統(tǒng)的影響①容積遲延②純遲延純遲延的存在,使被調(diào)量不能及時(shí)反映系統(tǒng)所承受的擾動(dòng),使過程產(chǎn)生超調(diào),延長了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間,引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起生產(chǎn)事故,危及人身和設(shè)備安全．具有純遲延的過程被公認(rèn)為較難控制的過程,其難控程度隨著純遲延τ的增加而增加1)大遲延純遲延時(shí)間τ與過程的時(shí)間常數(shù)T之比大于0.3,即τ/T>0.338第三十八頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日4)解決方法改進(jìn)型常規(guī)控制:具有通用性廣等特點(diǎn)，目前較常用。預(yù)估補(bǔ)償:原理上能消除純延時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)影響，但前提是具有被控過程的精確模型,工程上往往難以實(shí)現(xiàn)。采樣控制:成本較低,但干擾加入的時(shí)刻對(duì)控制效果影響較大。其他:大林算法、卡爾曼預(yù)估算法、灰色預(yù)測(cè)控制等?？朔冄訒r(shí)的幾種常見方案39第三十九頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日2)利用常規(guī)調(diào)節(jié)器適應(yīng)性強(qiáng),調(diào)整方便的特點(diǎn),經(jīng)過仔細(xì)個(gè)別的調(diào)整,在控制要求不太苛刻的情況下,滿足生產(chǎn)的要求1)在常規(guī)控制的基礎(chǔ)上改動(dòng)控制方案．微分先行，中間反饋微分先行:只對(duì)測(cè)量值起微分作用的控制算法.微分環(huán)節(jié)接在反饋通道中,位于設(shè)定值與測(cè)量值的比較點(diǎn)之前,故稱微分先行.在通常的PD或PID控制算法中,微分控制作用是與偏差的變化速度成正比的,不論設(shè)定值或測(cè)量值突然變化,微分控制作用十分猛烈.因此,采用通常的PD或PID控制算法時(shí),設(shè)定值的調(diào)整必須比較和緩.為了不受這種限制,可以只對(duì)測(cè)量值起微分作用,而測(cè)量值一般是不會(huì)突然變化的.對(duì)象一般都具有慣性.一改進(jìn)型常規(guī)控制40第四十頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日中間反饋控制方框圖三種控制方案在設(shè)定值擾動(dòng)下過渡過程的比較見右圖。微分先行和中間反饋控制方案簡單易行,對(duì)降低超調(diào)量,縮短調(diào)節(jié)時(shí)間有一定效果。兩方案都具有較大超調(diào)量,響應(yīng)速度慢.如果在控制精度要求很高的場(chǎng)合,不能滿足要求,需要采取其他控制手段,如補(bǔ)償控制.41第四十一頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日二采用補(bǔ)償原理克服大遲延的影響大遲延系統(tǒng)采用的補(bǔ)償方法不同于前饋補(bǔ)償,它按照過程的特性設(shè)想出一種模型加入到反饋控制系統(tǒng)中,以補(bǔ)償過程的動(dòng)態(tài)特性.這種補(bǔ)償反饋因構(gòu)成模型的方法不同而形成不同的方案.史密斯預(yù)估補(bǔ)償方法是得到廣泛應(yīng)用的一種方案.Gc(s)Gp(s)Gs(s)R(s)U(s)Y(s)Y'(s)-++史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制原理圖Gs(s)Kpgp(s)e-τs史密斯補(bǔ)償控制器的實(shí)現(xiàn)-+史密斯預(yù)估補(bǔ)償器傳遞函數(shù)42第四十二頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日Smith補(bǔ)償系統(tǒng)分析消除了大遲延對(duì)系統(tǒng)過渡過程的影響，使調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)與過程無遲延環(huán)節(jié)時(shí)的情況一樣，只是在時(shí)間坐標(biāo)上向后推遲了一個(gè)時(shí)間τ。

43第四十三頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日可以推導(dǎo)出系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：

可見隨動(dòng)控制經(jīng)預(yù)估補(bǔ)償,其特征方程中已消去了e-τs項(xiàng)，即消除了純遲延對(duì)系統(tǒng)控制品質(zhì)的不利影響.傳遞函數(shù)分子上的純滯后環(huán)節(jié)表明被控量的響應(yīng)比設(shè)定值滯后時(shí)間τ。44第四十四頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日史密斯預(yù)估補(bǔ)償器的效果1)設(shè)定值擾動(dòng)時(shí),能縮短控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間,減小超調(diào)量.例6-2(P139)2)對(duì)負(fù)荷擾動(dòng)無效果,并且會(huì)引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定.3)加入史密斯預(yù)估器后系統(tǒng)魯棒性降低.(PID控制系統(tǒng)承受對(duì)象參數(shù)變化能力比帶史密斯補(bǔ)償器的系統(tǒng)強(qiáng))(PID控制系統(tǒng)對(duì)過程的動(dòng)態(tài)性能精度要求不高,史密斯補(bǔ)償方案對(duì)過程動(dòng)態(tài)特性精確度要求高)45第四十五頁，共五十二頁，編輯于2023年，星期日動(dòng)態(tài)