1、在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，例如：傳送物料能量、測量成分量、皮帶運(yùn)輸、帶鋼連軋機(jī)，以及多容、多種設(shè)備串聯(lián)等過程，都存在較大的純時延。,例：,大延時對象一般是指廣義對象的時延與時間常數(shù)之比大于0.3。,控制系統(tǒng)中的大時延能導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，甚至不穩(wěn)定。,第四節(jié) 大滯后補(bǔ)償控制系統(tǒng),克服純延時的幾種常見方案,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對控制系統(tǒng)的動態(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，但干擾加入的時刻對控制效果影響較大。 其他：大林算法、卡爾曼預(yù)估算法、灰色預(yù)測控制等。,一、改進(jìn)型常規(guī)控制方案,常規(guī)PI+

2、D控制方案,微分先行控制方案,5,由上面四個式子可見,微分先行控制方案和PID控制方案的特征方程完全相同。但是從兩個控制回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)可以看出：,常規(guī)PI+D,微分先行,微分先行控制方案比PI+D控制系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)少了一個零點(diǎn)，所以,微分先行控制方案比PI+D控制方案超調(diào)量要小一些,提高了控制質(zhì)量。,對比說明,只在動態(tài)過程中起調(diào)節(jié)作用。,三種控制方案在設(shè)定值擾動下過渡過程的比較見右圖。,微分先行、中間反饋控制方案簡單易行，且對降低超調(diào)量有顯著的效果。,中間微分反饋控制方案,二、Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方案,1957年 史密斯（O.J.M.Smith）提出了一種以模型為基礎(chǔ)的預(yù)估器補(bǔ)償控制方

3、法。,設(shè)計(jì)思想: 預(yù)先估計(jì)出過程在基本擾動作用下的動態(tài)響應(yīng),然后由預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償,試圖使被延時了的被控量超前反饋到控制器,使控制器提前動作,從而大大降低超調(diào)量,并加速調(diào)節(jié)過程。,Smith預(yù)估器補(bǔ)償器控制原理圖如下：,上面兩式的特征方程中,由于引入了 項(xiàng),使閉環(huán)系統(tǒng)的品質(zhì)大大惡化.若能將 與 分開,以 的輸出信號作為反饋信號,則可大大改善控制品質(zhì).但實(shí)際工業(yè)過程中 與 是不可分離的,所以Smith提出了上面的補(bǔ)償方案.,對于單回路大滯后系統(tǒng)：,Smith預(yù)估補(bǔ)償控制,10,11,Smith預(yù)估控制的特點(diǎn):,1、理論上Smith預(yù)估補(bǔ)償控制能夠克服大滯后的影響。但由于Smith預(yù)估器需要知道被控

4、過程精確數(shù)學(xué)模型，且對模型的誤差十分敏感，因而難于在工業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛應(yīng)用。,2、由于,第二項(xiàng)含有滯后環(huán)節(jié)，只有在t時產(chǎn)生控制作用，當(dāng)t時無控制作用，所以Smith預(yù)估補(bǔ)償控制對給定值的跟隨效果比對干擾量擾動的抑制效果好。,12,三、大滯后過程采樣控制,其操作方法是；當(dāng)被控過程受到擾動而使被控量偏離給定值時，即采樣一次被控量與給定值的偏差，發(fā)出一個操作信號，然后保持該操作(控制)信號不變，保持的時間與純滯后大小相等或大一些。經(jīng)過時間后，由于操作信號的改變，被控量必然有所反應(yīng)，此時再按照被控量與給定值的偏差及變化方向與速度值來進(jìn)一步加以校正，校正后又保持其控制量不變，再等待一個滯后時間。這樣重復(fù)上述動作規(guī)律，一步一步的校正被控量的偏差值，使系統(tǒng)趨向一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。,核心思想：調(diào)一下，等一等，讓控制動作慢一些，弱一些,13,作業(yè),下圖為大滯后對象控制框圖，其中Wo(s)為一階慣性。根據(jù)此圖。 (1)推導(dǎo)Smith