过程控制系统大时延控制系统

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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_720@126.com密码：processcontrol个人邮箱：zxf1024@ustb.edu.cn10/6/20211冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）h1Δhh0l压下缸带钢+-测厚仪厚度反馈控制器压下位置控制器ΔS-+ΔIΔS’10/6/20212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10/6/20213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

2、度下无关。U(s)Y(s)D1(s)D2(s)Dn(s)….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。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：10/6/20214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10/6/20215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ε，也称ε不变性。可

3、表示为:Di(t)≠0时则

4、y(t)-C

5、<ε工程应用上反馈控制就是ε不变性。误差不变性10/6/20216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。稳态不变性10/6/20217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10/6/20218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10/6/20219大时延

6、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。10/6/202110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

7、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。10/6/202111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补偿控制工艺控制10/6/202112l压下缸带钢测厚仪前馈式厚度控制器厚差计算HactHref移位寄存器ΔHΔSΔS’冷轧厚度前馈控制系统（FF-AGC）10/6/202113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。补偿原理补偿还可以改变系统的动态特性：补偿器原系统对象新系统对象设计

8、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10/6/2021142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？10/6/202115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PD和PID调节动作。10/6/202116微分先行PID控制系统框图10/6/202117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

9、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10/6/20211810/6/202119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。方案超调量调节时间/minPID0.28925微分先行0.16228中间微分反馈0.1332110/6/2021203大迟延系统的Smith预估补偿控制系

10、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10/6/202121史密斯预估补偿方法是得到广泛应用