2019純滯后補(bǔ)償控制ppt課件.ppt

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1、第5章純滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng)從廣義角度來說，所有的工業(yè)過程控制對象都是具有純滯后(時(shí)滯)的對象。衡量過程具有純滯后的大小通常采用過程純滯后和過程慣性時(shí)間常數(shù)之比。時(shí)，稱生產(chǎn)過程是具有一般純滯后的過程。當(dāng)時(shí)，稱為具有大純滯后的過程。5.1純滯后對控制質(zhì)量的影響Gf(s)GO(s)Gc(s)Gm(s)RFY圖5-1控制系統(tǒng)框圖在控制系統(tǒng)中的反饋通道出現(xiàn)純滯后。這時(shí)，可表示為：其中，不含純滯后，可以求得：(5-4)(5-5)系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為：（5-6）設(shè)開環(huán)傳遞函數(shù)為：，則交界頻率臨界增益，則交界頻率臨界增益，則交界頻率，臨界增益

2、T=0穩(wěn)定條件Kc<1=0絕對穩(wěn)定常規(guī)PID控制系統(tǒng)case1：case2：case3：比例積分控制器會發(fā)生什么情況？常規(guī)PID控制仿真case1：case2：case3：怎么辦？純滯后的增加，引起相位滯后增加，從而使交界頻率和臨界增益降低，將出現(xiàn)兩個(gè)不良后果：交界頻率降低，這意味著進(jìn)入系統(tǒng)的即使是低頻周期性擾動，閉環(huán)響應(yīng)亦將更為靈敏；臨界增益降低，這表明為了保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，則系統(tǒng)降低控制器增益，導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)的品質(zhì)下降。總之，的增加是不利于閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使閉環(huán)系統(tǒng)的控制品質(zhì)下降。所以，純滯后出現(xiàn)在反饋通道時(shí)，系統(tǒng)的

3、穩(wěn)定性變差，控制質(zhì)量下降。因此,出現(xiàn)在閉環(huán)任一環(huán)節(jié)中的純滯后都會引起開環(huán)系統(tǒng)相位移的增大。使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，控制質(zhì)量變差。而出現(xiàn)在干擾通道的純滯后，不處于閉環(huán)回路中，因此，它的大小不影響系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性，不影響閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也不影響控制質(zhì)量。在控制系統(tǒng)的確定和設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，應(yīng)設(shè)法努力去減小處于閉環(huán)回路中的純滯后。5.2史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制方案5.2.1基本原理和結(jié)構(gòu)史密斯（O.J.M.Smith）在1957年提出了一種預(yù)估補(bǔ)償控制方案。Gc(s)GK(s)Gf(s)R(s)F(S)Y(s)圖5-3史

4、密斯預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)圖中，是史密斯引入的預(yù)估補(bǔ)償器傳遞函數(shù)。為使閉環(huán)特征方程不含純滯后，對圖5-3所示的系統(tǒng)，就要求：(5-12)引入預(yù)估補(bǔ)償器后，閉環(huán)傳遞函數(shù)是：根據(jù)（5-14）與（5-12）式，可以看到，若滿足：（5-15）就能實(shí)現(xiàn)上述要求。這時(shí)閉環(huán)特征方程是：(5-16)這相當(dāng)于把作為對象，用的輸出作為反饋信號，從而使反饋信號相應(yīng)提前了時(shí)刻，所以這種控制稱為預(yù)估補(bǔ)償控制。由于閉環(huán)特征方程不含純滯后項(xiàng)，所以有可能提高控制器的增益，從而明顯改善控制質(zhì)量。（5-15）式代入（5-14）式得：(5-17)其中，表示沒有純滯后環(huán)

5、節(jié)時(shí)的隨動控制的閉環(huán)傳遞函數(shù)。同樣，從圖5-3可得定值控制的閉環(huán)傳遞函數(shù)是：因此，經(jīng)過預(yù)估補(bǔ)償后，閉環(huán)特征方程中已消去了項(xiàng)，也就是消除了純滯后對控制品質(zhì)的不利影響。（5-18）對于隨動控制系統(tǒng)，由（5-17）式，控制過程僅在時(shí)間上推遲了時(shí)間。這樣，系統(tǒng)的過渡過程形狀和品質(zhì)與無純滯后的完全相同。對于定值控制系統(tǒng)，由（5-18）式，控制作用要比干擾的影響滯后一個(gè)的時(shí)間，因此控制的效果不象隨動控制系統(tǒng)那樣明顯,且與Tf/To比值大小有關(guān)。實(shí)際工業(yè)過程的被控對象通常是參數(shù)時(shí)變的。當(dāng)參數(shù)變化不大時(shí)可近似作為常數(shù)處理，采用史密斯預(yù)估補(bǔ)償

6、控制方案有一定效果。仿真——模型一致的情況Kc=1.1Ti=20Kc=10Ti=1仿真——模型不一致的情況5.2.2史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制實(shí)施中若干問題（1）預(yù)估是基于過程模型已知的情況下進(jìn)行的，因此，實(shí)現(xiàn)史密斯預(yù)估補(bǔ)償必須已知動態(tài)模型即已知過程的傳遞函數(shù)和純滯后時(shí)間，而且在模型與真實(shí)過程一致時(shí)才有效。（2）對于大多數(shù)過程控制，過程模型只能近似地代表真實(shí)過程。由式(5-14)可知，其特征方程式為：由上式可知：（5-19）(a).只有當(dāng)過程模型與真實(shí)過程完全一致時(shí)，即時(shí)，史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制才能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。(b).模型誤差越大，

7、即和的值越大，則補(bǔ)償效果越差。(c)由于純滯后為指數(shù)函數(shù)，故純滯后的誤差比的誤差影響更大，即的精度比的精度更關(guān)鍵。（3）預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的參數(shù)整定史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)的參數(shù)整定包括常規(guī)控制器的參數(shù)整定和預(yù)估補(bǔ)償器的參數(shù)整定。常規(guī)控制器的參數(shù)整定與無純滯后環(huán)節(jié)的控制器參數(shù)相同。預(yù)估補(bǔ)償器的參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格按照對象的參數(shù)來確定。5．3改進(jìn)史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制在模型非常精確時(shí)，對過程純滯后的補(bǔ)償效果十分滿意。但這種控制方案對模型的誤差十分敏感。在工程應(yīng)用上仍存在著一定的局限性。為此很多研究者提出了不同的改進(jìn)方案。5．3

8、．1增益自適應(yīng)補(bǔ)償控制這是2019年由賈爾斯（R.F.Giles）和巴特利（T.M.Bartley）提出的。它是史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其結(jié)構(gòu)如圖5-8所示。A/BGc(s)GP(s)I+TdsmBAYRFnu圖5-8增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制除法器是將過程的輸出值除以預(yù)估模型的