过程控制系统-大时延控制系统.ppt

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1、9/16/2023,1,过程控制系统大时延控制系统,张清东，张晓峰公共邮箱：PC_ 密 码：processcontrol个人邮箱：,9/16/2023,2,冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）,9/16/2023,3,第一节 概述,1偏差控制2尝试控制,生产的强化和设备的大型化,控制性能要求越来越高,提出了反馈控制,大延迟多干扰系统,特殊规律和措施,控制理论的不变性原理,9/16/2023,4,控制理论的不变性原理,定义：控制系统的被调量与扰动量无关，或在一定准确度下无关。,设被控对象受到干扰信号Di(t)的作用，则被调量的不变性表示为：当 Di(t)0 则 y(t)=C即被调量与干扰独立无关

2、。,不变性是一种理想状态，实际应用不能完全实现，因此提出了以下几种不变性：,9/16/2023,5,绝对不变性是指对象在扰动作用下，被调量在整个过程中始终保持不变，即调节过程的动态偏差均为零。由于被控对象的动态描述精度的限制和实现扰动补偿装置的困难，一般工程上是无法实现的。,绝对不变性,9/16/2023,6,它是指准确度有一定限制的不变性，即与绝对不变性存在一定误差，也称不变性。可表示为:Di(t)0 时 则|y(t)-C|工程应用上反馈控制就是不变性。,误差不变性,9/16/2023,7,被调量在稳态工况下与扰动量无关。即在扰动下动态偏差不为零，而在稳态下偏差为零。它用于控制要求不高的场合

3、。,稳态不变性,9/16/2023,8,被调量往往受到若干个干扰的作用，系统采用被调量对其中几个主要的干扰实现不变性称选择不变性。这种方法既能减少补偿装置、节省投资又能达到对主要干扰的不变性。,选择不变性,9/16/2023,9,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,9/16/2023,10,大时延控制系统,特点：当测量信号达到控制器,执行机构接受信号后立即动作,也需要经过纯迟延时间 以后,才波及到被控量（即在时间 范围内，被控量完全没有影响）,使之受到控制。也就是说，总迟延较大，导致控制作用不及时；迟延过程产生较

4、明显的超调量和较长的调节时间，使过渡过程变坏，降低系统的稳定性。具有纯迟延过程被公认为较难控制的过程。,9/16/2023,11,对于控制要求不太苛刻、具有大迟延的过程，可利用常规控制器适应强、调整方便等特点，在常规 PID控制基础上，采用变形的PID控制算法，并对系统进行整定，满足生产过程的要求。,一般情况下，当纯时延时间 与过程的时间常数 T 之比大于0.3的过程认为是具有大迟延的过程。时延现象越突出，系统越不稳定。,9/16/2023,12,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,

5、补偿控制,工艺控制,9/16/2023,13,冷轧厚度前馈控制系统（FF-AGC）,9/16/2023,14,前馈控制系统系统对全部或部分干扰具有不变性按照扰动进行补偿的开环系统。,补偿原理,设计新的装置或系统，以消除系统干扰的影响或者使系统易于分析和控制。,1补偿控制,9/16/2023,15,2常规控制微分先行控制方案,复习：PID控制器中微分作用的特点？,9/16/2023,16,常规PID控制系统中，微分环节的输入是对偏差作了比例积分运算后的值，因此微分环节不能真正起到对被控参数变化速度进行校正的目的，克服动态超调的作用有限,因此微分调节只能起辅助的调节作用,它可以与其它调节动作结合成

6、PD和PID调节动作。,9/16/2023,17,微分先行PID控制系统框图,9/16/2023,18,图2-6-2 中间微分反馈控制系统框图,常规控制方案中间微分控制方案,与微分先行控制方案类似，将微分环节放在反馈回路中，以改善系统的控制质量,9/16/2023,19,9/16/2023,20,某大时延系统采用常规PID、微分先行和中间微分反馈控制方案效果比较,可见：微分先行和中间微分反馈控制方案均能有效克服超调现象，改善了过程动态特性，且无需特殊设备，具有一定使用价值；无论采用何种方案，被控量均存在较大的超调，且响应速度很慢，难以满足控制精度要求高的场合，必须采用其他控制手段。,9/16/

7、2023,21,3大迟延系统的Smith预估补偿控制系统,迟延系统,控制动作,系统输出,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,延迟时间,9/16/2023,22,史密斯预估补偿方法是得到广泛应用的方案之一。它的特点是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使迟延了时间 的被控量超前反映到控制器，使控制器提前动作从而明显地减少超调量，加速调节过程。,特点,9/16/2023,23,Smith预估补偿控制系统框图,Smith预估补偿控制系统框图,9/16/2023,24,Smith预估补偿模型及实现,9/16/2023,25,4工艺控制,冷轧厚度秒流量控制,金属秒流量原理,9/16/2023,26,反馈式秒流量AGC的控制系统,9/16/2023,27,厚度计式AGC,9/16/2023,28,E2-7 串级控制系统实际上就是由两台控制器串连在一起，控制一个调节阀的系统。1)与单回路控制系统相比，前者在系统结构上具有那些特点?2)前者只增加了一个测量变送元件和一个控制器，但为什么控制效果却有显著提高呢？,作业4,E2-8 请说明Smith预估补偿控制的特点，并结合具体阅读的文献实例分析说明其如何应用于大迟延系统？(建议具体文献不少于3篇,并只结合1个具体生产过程),