大滞后控制
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器进行补偿,试图使被延时了τ 的被控量超前反馈到控制器,使控制器提前 动作,从而大大降低超调量,并加速调节过程。 Smith预估器补偿器控制原理图如下：
W0 ( S )
对于单回路大滞后系统：
Wd ( s ) Y (s) D( S ) 1 Wc ( s )W0 ( s )e s
Wc ( s )W0 ( s )e s Y ( s) X (S ) 1 Wc ( s )W0 ( s )e s
号不变，保持的时间与纯滞后大小相等或大一些。经过时间τ后，由于操作 信号的改变，被控量必然有所反应，此时再按照被控量与给定值的偏差及变 化方向与速度值来进一步加以校正，校正后又保持其控制量不变，再等待一 个滞后时间τ。这样重复上述动作规律，一步一步的校正被控量的偏差值， 使系统趋向一个新的稳定状态。
是不
W0 ( S )
Wc ( s )W0 ( s )e s 1 (1 e s )Wc ( s )W0 ( s ) Y ( s) Wc ( s )W0 ( s )e s X (S ) 1 1 (1 e s )Wc ( s )W0 ( s )
Wc ( s)W0 ( s) s e W1 ( s)e s 1 Байду номын сангаас Wc ( s)W0 ( s)
常规PI+D控制方案
Kc (TI S 1)(TD S 1)es Y (S ) 1 s X (S ) TI SW0 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)e
Y (S ) TI Ses 1 s F (S ) TI SW0 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)e
核心思想：调一下，等一等，让控制动作慢一些，弱一些
微分先行控制方案
Kc (TI S 1)es Y (S ) 1 s X (S ) TI SW0 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)e
Y (S ) TI Ses F (S ) TI SW01 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)es
第二项含有滞后环节，只有在t>τ时产生控制作用，当t≤τ时无控制作用 ，所以SIMTH预估补偿控制对给定值的跟随效果比对干扰量扰动的抑制效果 好。
三、大滞后过程采样控制 其操作方法是；当被控过程受到扰动而使被控量偏离给定值时，即采样
一次被控量与给定值的偏差，发出一个操作信号，然后保持该操作(控制)信
中间微分控制方案
只在动态过程中起调 节作用。
三种控制方案在设定值扰动下
过渡过程的比较见右图。
微分先行、中间反馈控制方案 简单易行，且对降低超调量有显著 的效果。
二、Simth预估补偿控制方案 1957年 史密斯（O.J.M.Smith）提出了一种以模型为基础的预估器补 偿控制方法。
设计思想: 预先估计出过程在基本扰动作用下的动态响应,然后由预估
对比说明
由上面四个式子可见,微分先行控制方案和PID控制方案的特征方程
完全相同。但是从两个控制回路的闭环传递函数可以看出：
K c (TI S 1)(TD S 1)e s Y (S ) 常规PI+D 1 s X ( S ) TI SW0 ( S ) K c (TI S 1)(TD S 1)e
K c (TI S 1)e s Y (S ) 微分先行 1 s X ( S ) TI SW0 ( S ) K c (TI S 1)(TD S 1)e
微分先行控制方案比PI+D控制系统闭环传递函数少了一个零点，所以 微分先行控制方案比PI+D控制方案超调量要小一些,提高了控制质量。
W0 ( S )
SIMTH预估控制的特点: 1、理论上SIMTH预估补偿控制能够克服大滞后的影响。但由于SIMTH
预估器需要知道被控过程精确数学模型，且对模型的误差十分敏感，因而难
于在工业生产过程中广泛应用。
Y ( s) 2、由于 D( S )
Wd ( s ) s W ( s )[ 1 W ( s ) e ] d 1 s Wc ( s )W0 ( s )e 1 1 (1 e s )Wc ( s )W0 ( s )
改进型常规控制：具有通用性广等特点，目前较常用。
预估补偿：原理上能消除纯延时对控制系统的动态影响，但前提是具 有被控过程的精确模型，工程上往往难以实现。 采样控制：成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。 其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。 一、改进型常规控制方案
第四节 大滞后补偿控制系统
在许多工业生产过程中，例如：传送物料能量、测量成分量、皮带 运输、带钢连轧机，以及多容、多种设备串联等过程，都存在较大的纯时 延。
例：
大延时对象一般是指广义对象的时延与时间常数之比大于0.5。 控制系统中的大时延能导致系统的稳定性下降，甚至不稳定。
克服纯延时的几种常见方案
W0 ( S )
对于单回路大滞后系统：
Wd ( s ) Y (s) D( S ) 1 Wc ( s )W0 ( s )e s
Wc ( s )W0 ( s )e s Y ( s) X (S ) 1 Wc ( s )W0 ( s )e s
号不变，保持的时间与纯滞后大小相等或大一些。经过时间τ后，由于操作 信号的改变，被控量必然有所反应，此时再按照被控量与给定值的偏差及变 化方向与速度值来进一步加以校正，校正后又保持其控制量不变，再等待一 个滞后时间τ。这样重复上述动作规律，一步一步的校正被控量的偏差值， 使系统趋向一个新的稳定状态。
是不
W0 ( S )
Wc ( s )W0 ( s )e s 1 (1 e s )Wc ( s )W0 ( s ) Y ( s) Wc ( s )W0 ( s )e s X (S ) 1 1 (1 e s )Wc ( s )W0 ( s )
Wc ( s)W0 ( s) s e W1 ( s)e s 1 Байду номын сангаас Wc ( s)W0 ( s)
常规PI+D控制方案
Kc (TI S 1)(TD S 1)es Y (S ) 1 s X (S ) TI SW0 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)e
Y (S ) TI Ses 1 s F (S ) TI SW0 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)e
核心思想：调一下，等一等，让控制动作慢一些，弱一些
微分先行控制方案
Kc (TI S 1)es Y (S ) 1 s X (S ) TI SW0 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)e
Y (S ) TI Ses F (S ) TI SW01 (S ) Kc (TI S 1)(TD S 1)es
第二项含有滞后环节，只有在t>τ时产生控制作用，当t≤τ时无控制作用 ，所以SIMTH预估补偿控制对给定值的跟随效果比对干扰量扰动的抑制效果 好。
三、大滞后过程采样控制 其操作方法是；当被控过程受到扰动而使被控量偏离给定值时，即采样
一次被控量与给定值的偏差，发出一个操作信号，然后保持该操作(控制)信
中间微分控制方案
只在动态过程中起调 节作用。
三种控制方案在设定值扰动下
过渡过程的比较见右图。
微分先行、中间反馈控制方案 简单易行，且对降低超调量有显著 的效果。
二、Simth预估补偿控制方案 1957年 史密斯（O.J.M.Smith）提出了一种以模型为基础的预估器补 偿控制方法。
设计思想: 预先估计出过程在基本扰动作用下的动态响应,然后由预估
对比说明
由上面四个式子可见,微分先行控制方案和PID控制方案的特征方程
完全相同。但是从两个控制回路的闭环传递函数可以看出：
K c (TI S 1)(TD S 1)e s Y (S ) 常规PI+D 1 s X ( S ) TI SW0 ( S ) K c (TI S 1)(TD S 1)e
K c (TI S 1)e s Y (S ) 微分先行 1 s X ( S ) TI SW0 ( S ) K c (TI S 1)(TD S 1)e
微分先行控制方案比PI+D控制系统闭环传递函数少了一个零点，所以 微分先行控制方案比PI+D控制方案超调量要小一些,提高了控制质量。
W0 ( S )
SIMTH预估控制的特点: 1、理论上SIMTH预估补偿控制能够克服大滞后的影响。但由于SIMTH
预估器需要知道被控过程精确数学模型，且对模型的误差十分敏感，因而难
于在工业生产过程中广泛应用。
Y ( s) 2、由于 D( S )
Wd ( s ) s W ( s )[ 1 W ( s ) e ] d 1 s Wc ( s )W0 ( s )e 1 1 (1 e s )Wc ( s )W0 ( s )
改进型常规控制：具有通用性广等特点，目前较常用。
预估补偿：原理上能消除纯延时对控制系统的动态影响，但前提是具 有被控过程的精确模型，工程上往往难以实现。 采样控制：成本较低，但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。 其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。 一、改进型常规控制方案
第四节 大滞后补偿控制系统
在许多工业生产过程中，例如：传送物料能量、测量成分量、皮带 运输、带钢连轧机，以及多容、多种设备串联等过程，都存在较大的纯时 延。
例：
大延时对象一般是指广义对象的时延与时间常数之比大于0.5。 控制系统中的大时延能导致系统的稳定性下降，甚至不稳定。
克服纯延时的几种常见方案