过程控制系统大时延控制系统推选PPT资料
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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。
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？
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；
反馈式秒流量AGC的控制系统
过程控制系统大时延控制系统
过程控制系统大时 延控制系统
ΔI 压下缸
压下位置 控制器
ΔS’
ΔS -+
厚度反馈 控制器
Δh
h0
-+ h1
带钢
测厚仪
l
冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）
第一节 概述
生产的强化和 设备的大型化
大延迟多 干扰系统
控制性能要 求越来越高
提出了 反馈控制
1－偏差控制 2－尝试控制PID控制系统框图
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。
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。
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。
范围内，被控
量完全没有影响）,使之受到控制。
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?
由于被控对象的动态描述精度的限 即在扰动下动态偏差不为零，而在稳态下偏差为零。
具有纯迟延过程被公认为较难控制的过程。 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?
制和实现扰动补偿装置的困难，一般工 补偿还可以改变系统的动态特性：
1) 绝对不变性
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
被调量在稳态工况下与扰动量无关。
调节过程的动态偏差均为零。 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。
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
设计补偿器置于反馈系统中
反馈式秒流量AGC的控制系统
复习： PID控制器中微分作用的特点？
补偿还可以改变系统的动态特性：
被调量在稳态工况下与扰动量无关。
具有纯迟延过程被公认为较难控制的过程。
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。
时延现象越突出，系统越不稳定。 Smith预估补偿控制系统框图
大延迟系统
1 概述
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
大时延控制系统
特点：
Ñ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；
它用于控制要求不高的场合。 复习： PID控制器中微分作用的特点？
程上是无法实现的。 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；
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。
2) 误差不变性
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。可表示为:
Di(t)≠0 时 则 |y(t) - C |< ε 工程应用上反馈控制就是ε不变性。
3) 稳态不变性
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。
4) 选择不变性
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 又能达到对主要干扰的不变性。
补偿原理 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。
2常规控制
Ø微分先行控制方案
复习： PID控制器中微分作用的特点？
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
Ñ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。
一般情况下，当纯时延时间 与过程的时间常数 T
之比大于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。
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。
理
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。
D1(s) D2(s) Dn(s) ….
U(s)
不变性是一种 理想状态，实 际应用不能完 Y(s) 全实现，因此 提出了以下几 种不变性：
迟延系统 分类
纯迟延时间与 时间常数之比
增加
补偿控制 常规控制 预估补偿 工艺控制
控 制
大 迟 延
方过
一 般 迟 延
更明显的超调 和长调节时间
案程 过
程
严重影响生
产和安全
前馈式厚度 ΔS 控制器
移位寄存器
ΔS’
ΔH
厚差计算
Hact
Hre
f
测厚仪
带钢
压下缸
l
冷轧厚度前馈控制系统（FF-AGC）
1补偿控制
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?
常规控制方案 Ø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
图2-6-2 中间微分反馈控制系统框图
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
方案
超调量
调节时间/min
PID
0.289
25
微分先行
0.162
28
中间微分反馈
0.133
21
可见：
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？
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；
反馈式秒流量AGC的控制系统
过程控制系统大时延控制系统
过程控制系统大时 延控制系统
ΔI 压下缸
压下位置 控制器
ΔS’
ΔS -+
厚度反馈 控制器
Δh
h0
-+ h1
带钢
测厚仪
l
冷轧厚度反馈控制系统（FB-AGC）
第一节 概述
生产的强化和 设备的大型化
大延迟多 干扰系统
控制性能要 求越来越高
提出了 反馈控制
1－偏差控制 2－尝试控制PID控制系统框图
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。
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。
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。
范围内，被控
量完全没有影响）,使之受到控制。
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?
由于被控对象的动态描述精度的限 即在扰动下动态偏差不为零，而在稳态下偏差为零。
具有纯迟延过程被公认为较难控制的过程。 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?
制和实现扰动补偿装置的困难，一般工 补偿还可以改变系统的动态特性：
1) 绝对不变性
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
被调量在稳态工况下与扰动量无关。
调节过程的动态偏差均为零。 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。
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
设计补偿器置于反馈系统中
反馈式秒流量AGC的控制系统
复习： PID控制器中微分作用的特点？
补偿还可以改变系统的动态特性：
被调量在稳态工况下与扰动量无关。
具有纯迟延过程被公认为较难控制的过程。
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。
时延现象越突出，系统越不稳定。 Smith预估补偿控制系统框图
大延迟系统
1 概述
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
大时延控制系统
特点：
Ñ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；
它用于控制要求不高的场合。 复习： PID控制器中微分作用的特点？
程上是无法实现的。 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；
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。
2) 误差不变性
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。可表示为:
Di(t)≠0 时 则 |y(t) - C |< ε 工程应用上反馈控制就是ε不变性。
3) 稳态不变性
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。
4) 选择不变性
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 又能达到对主要干扰的不变性。
补偿原理 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。
2常规控制
Ø微分先行控制方案
复习： PID控制器中微分作用的特点？
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
Ñ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。
一般情况下，当纯时延时间 与过程的时间常数 T
之比大于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。
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。
理
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。
D1(s) D2(s) Dn(s) ….
U(s)
不变性是一种 理想状态，实 际应用不能完 Y(s) 全实现，因此 提出了以下几 种不变性：
迟延系统 分类
纯迟延时间与 时间常数之比
增加
补偿控制 常规控制 预估补偿 工艺控制
控 制
大 迟 延
方过
一 般 迟 延
更明显的超调 和长调节时间
案程 过
程
严重影响生
产和安全
前馈式厚度 ΔS 控制器
移位寄存器
ΔS’
ΔH
厚差计算
Hact
Hre
f
测厚仪
带钢
压下缸
l
冷轧厚度前馈控制系统（FF-AGC）
1补偿控制
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?
常规控制方案 Ø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
图2-6-2 中间微分反馈控制系统框图
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
方案
超调量
调节时间/min
PID
0.289
25
微分先行
0.162
28
中间微分反馈
0.133
21
可见：