第六章-大迟延系统.ppt

*大延迟系统工业生产过程迟延容积迟延纯迟延扰动不能及时反映控制到达被控量延迟明显的超调长调节时间1概述迟延系统分类纯迟延时间与时间常数之比大迟延过程一般迟延过程增加更明显的超调和长调节时间严重影响生产和安全控制方案常规控制预估补偿采样控制微分先行控制方案Y(S)＋＋＋D(S)R(S)＋＋将微分作用移到反馈回路，以加强微分作用，达到减小超调量的效果。＋＋＋D(S)R(S)＋＋＋＋中间反馈控制方案21分0.133Kc=0.55,T1=7,KD=1,TD=0.65中间反馈28分0.162Kc=0.55,T1=7,T3=1.4,T4=1微分先行25分0.289Kc=0.6,T1=6,TD=1PID调节时间超调量整定参数方案采用补偿原理克服大延迟的影响迟延系统控制动作系统输出延迟时间控制器提前动作去除大的超调和长调节时间设计补偿器置于反馈系统中Smith预估器的基本思想是：预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后通过设计出的预估器（补偿器）进行补偿，使被延迟了τ的被调量提前反映到调节器，让调节器（提前）动作，从而明显地减小超调量和加速调节过程。史密斯（Smith）预估器（Smith）预估器的设计过程其中：对象传函，是调节器传函。＋R(S)U(s)Y(s)开环下，U(s)到Y(s)之间的传函为：上式说明，受到调节作用之后的被调量要经过延迟τ之后才能返回到调节器。若系统设计预估补偿器，＋＋＋R(S)U(s)Y’(s)Y(s)则调节量U(s)与反馈到调节器的信号y’(s)之间的传函为：为使调节器采集的信号Y’(s)不经过延迟τ，应：于是得到的预估器的传函为:上式为史密斯（Smith)预估器，其实现的框图＋图中说明只要一个与对象除去延迟环节后的传函和一个延迟时间为τ的纯延迟环节就组成了史密斯（Smith)预估器。它将消除大延迟环节对系统过渡过程的影响使调节过程的品质与无延迟相同，只是在时间上向后推迟了一个时间τ。将史密斯（Smith)预估器代入系统框图，于是Y’(s)＋R(S)U(s)＋Y(s)＋D(s)＋Smith系统的闭环传递函数为：从传递函数中说明，系统的特征方程已经不包含延迟项，消除了纯迟延对系统控制品质的影响。分子上的延迟说明y(t)的响应还比设定值延迟τ时间。设一阶带纯迟延的对象参数Kp=2,Tp=4,τp=4当加入PI调节，调节器的参数为Kc=20，T1=1时，系统在扰动（r=10)下的响应曲线为:Smith后的曲线PID后的曲线Smith预估器的缺点：抗干扰性比较差：对系统受到负荷扰动时，可能会出现发散振荡。因为它与被控对象的特性有密切关系，因此，模型的精度、运行环境都将影响控制效果。3Smith预估器的改进方案为了改善Smith预估器，可在它的回路中增加一个反馈环节Gf(s)，实现完全抗干扰的Smith预估器见下图R(S)Y(s)＋（图6－30）D(s)被调量Y(s)对干扰D(s)的闭环传函：当系统完全不受D(s)的干扰时由此可得到Gf(s)的传递函数为：再写出被调量Y(s)对设定值R(s)的闭环传递函数：于是上式说明，系统既可完全跟踪设定值，还可对干扰D(s)无差地补偿。但是，实现Gf(s)是不容易的。尤其对高阶微分方程更是不易。为了容易在实际应用中实现，提出了增益自适应补偿方案，它在Smith补偿器之外加了一个除法器，一个导前微分环节和一个乘法器。