第七章 补偿控制.pptVIP

* 改进的常规控制系统 微分先行控制方案可以有效地改善容量滞后工艺过程的控制质量。 在给定值频繁变化时，微分先行方案的控制品质优于常规PID控制方案，尤其在减小超调量方面效果更佳。 * 常规PID控制 微分先行PID控制 * 7.3.2 Smith预估器 纯滞后时间愈大，系统地相位滞后愈大，系统地稳定性降低，控制品质下降。 * 在大纯滞后过程中，按照对象的特性，设计一种补偿器加到系统中，力图使迟延了的被控量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显的减小系统的超调量和过渡过程时间。 * * 预先估计出被控过程动态模型； 然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后特性进行补偿，力图将被延迟了时间τ的被控量提前送入调节器。 调节器能提前动作，通过补偿装置理论上可消除纯滞后特性在闭环中的影响。 (1) Smith 预估器 * Smith预估补偿控制器 * 系统的闭环传递函数 系统特征方程式中，已不包含纯滞后环节，闭环传递函数分子上的纯滞后缓解仅仅将系统的被控量在时间上推迟了时间τ。 * 若令 Smith预估补偿控制器系统，相当于被控对象为 ，控制器为 并在反馈回路中串接了一个超前环节的单回路控制系统。控制器接受的测量信号比实测的被控量提前了时间τ ，使控制器提前动作，从而大大减小超调量，加快了控制过程 * 在实际应用中，Smith预估补偿控制器常常反并接在控制器上，如图 虚线框内可视为补偿控制系统的控制器，Smith预估补偿控制系统看成简单的串联结构。 对于一阶惯性加纯滞后的被控对象 采用常规PI控制器 设定值为5，同时施加幅值为0.1的随机干扰系统的阶跃响应曲线如图所示 采用Smith预估补偿控制方案，设定值为5，同时施加幅值为0.1的随机干扰，系统的响应曲线如图所示 采用Smith预估补偿控制方案，设定值为5，同时施加幅值为0.1的随机干扰，被控对象增益变化时系统的响应曲线如图所示。 依次为随机干扰、常规PI控制、无扰动Smith预估补偿控制、有扰动Smith预估补偿控制和增益变化Smith预估补偿控制的响应曲线绘在同一个图上。从图可以看到，当被控对象模型精确已知时Smith预估补偿效果较好，但当被控对象发生变化（参数、时滞）时，Smith预估补偿效果欠佳。 * Smith预估补偿控制器的补偿效果完全取决于补偿器模型的精度。而过程模型不可能与实际生产对象的特性完全一样，并且实际对象的特性还要随操作条件的变化而变化，要使实际模型越接近实际对象的特性，过程模型必是高解得，导致补偿器的结构很复杂，难于在工业生产中广泛应用。 * 改善Smith预估补偿器的各种方法悠然而生，如增益自适应补偿控制器；完全抗干扰的Smith预估器等等。 将模型失配的差值作为补偿控制器的输入构成反馈控制，如图所示。 * 采样控制方案 “调一下，等一等”的办法； 当调节器输出达一定时间后，就不再使增加（或减小）了，而是保持此值（保持的时间与纯滞后时间τ相等或再稍长些），直到控制作用的效果在被控量变化中反映出来为止； 根据偏差的大小再决定下一步的控制动作。 * 采样控制方案 核心思想是避免调节器进行不必要的误操作，而宁愿让控制作用弱一些。 无需掌握精确的过程动态特性，就能克服被控过程中纯滞后对控制带来的不利影响。 注意采样周期的选取应略大于过程的纯滞后时间。 * 7.3.3 Dahlin算法（大林） Dahlin算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数相当于一个延迟环节和一个惯性环节的串联，并期望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。 * * 第七章 补偿控制 前馈控制结构、特点、设计原理 前馈控制系统的结构形式 前馈-反馈复合控制系统 前馈控制的设计原则 时间滞后控制系统：改进的常规控制系统、Smith预估补偿方案、采样控制方案 * 7.1 补偿控制的基本原理 按偏差大小控制的反馈控制系统，无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前，导致控制不及时，是否可在反馈控制中增加“补偿控制”，是系统的特性得到大大地改善。常见的补偿控制结构有： 热交换器的反馈控制 给定信号和扰动信号同时作用下系统的单位阶跃响应如图所示，系统对干扰作用下的超调量达到100%，调节时间1530s，控制的动态特性较差。 * 控制量补偿：控制信号直接作用到被控对象，构成开环控制 * 扰动量补偿：增加扰动信号的前向通道，利用双通道原理来补偿干扰。 * 反馈补偿（反馈校正） * 串联补偿（串联校正） * 7.2.1 概念 1）反馈控制的特点： 2）前馈控制：如果干扰一出现，控制器直接根据测量的干扰大小和方向，按一定的控制规律控制抵消