基于补偿控制大滞后过程控制系统研究
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》范文
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言随着现代工业自动化水平的不断提高，板形闭环控制系统在制造业中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于系统中的多种因素，如设备延迟、传感器噪声、控制算法的复杂性等，往往会导致系统出现滞后现象，进而影响系统的稳定性和控制精度。
为了解决这一问题，本文对板形闭环控制系统的滞后补偿策略进行了深入研究。
二、系统概述与滞后现象分析板形闭环控制系统是一种用于控制板材成型过程中板形变化的系统。
该系统通过传感器实时获取板材的形状信息，与预设的目标形状进行比较，然后通过控制执行机构对板材进行相应的调整，以实现精确的板形控制。
然而，在实际运行过程中，由于设备延迟、传感器噪声等因素的影响，系统往往会出现滞后现象。
滞后现象表现为系统对输入信号的反应滞后于实际需求，导致系统无法及时、准确地响应外部变化。
这种滞后现象会对系统的稳定性和控制精度产生负面影响，降低系统的性能。
三、滞后补偿策略研究为了解决板形闭环控制系统中的滞后问题，本文提出了一种基于预测模型的滞后补偿策略。
该策略通过建立系统滞后模型，预测系统对输入信号的反应时间，从而提前调整控制信号，以补偿系统的滞后。
3.1 滞后模型建立首先，需要对系统进行详细的性能分析，包括设备延迟、传感器噪声等因素对系统的影响。
然后，根据分析结果建立系统的滞后模型。
该模型应能够准确反映系统对输入信号的反应时间和程度。
3.2 预测模型应用在建立滞后模型的基础上，将预测模型应用于控制系统。
通过预测模型，可以提前感知到输入信号的变化，并提前调整控制信号，以补偿系统的滞后。
这样可以确保系统能够及时、准确地响应外部变化，提高系统的稳定性和控制精度。
3.3 策略实施与优化将滞后补偿策略应用于板形闭环控制系统，并对系统进行实际测试。
根据测试结果，对策略进行优化和调整，以提高系统的性能。
同时，还需要对系统进行定期维护和检查，确保系统的正常运行和长期稳定性。
四、实验结果与分析为了验证滞后补偿策略的有效性，我们进行了多组实验。
过程控制4.3大迟延过程系统
Y2
（c）代入补偿器传递函数后
过程控制
第四章
需要指出：在实际应用中，为了便于实施，史密斯补偿器Wτ(s) 是 反并联于控制器Wc(s)上的，如下图所示，它与图e是等效的。
X + _ Y1
-
Wc(s) W (s)
Wp(s)e- s
解决纯滞后的设想
设中间变量B
可测可将纯滞
后环节置于环
路外边。经过
2、原理方案
F(S) X(S) + _ Kc(1+1/TIS) + WO(S)e- s Y(S)
TDS+1
中间微分反馈控制方案
3、控制效果：
方案 PID 微分先 行 中间反 馈 整定参数 相对最佳 相对最佳 相对最佳 超调量 28.9% 16.2% 13.3% 调节时间 25min 28min 21min
微分先行较常规PI＋D少了一个零点Z=1/TD , 故超调量要小一些。
过程控制
第四章
4、过渡过程比较：
PID、微分先行、中间微分反馈控制方案对定值扰动的相应特性
二、中间微分反馈控制方案
1、特点
过程控制
第四章
使控制系统闭环传递函数极点位置发生变化，从而使超 调量大大下降，控制质量得到改善。
微分作用是独立的，能及时起校正作用。
•第四章 复杂控制系统
4.3 大迟延过程控制系统
4.3 大滞后补偿控制
控制通道的纯滞后是控制系统的大敌。
过程控制
第四章
一般认为纯滞后τ与过程的时间长数T之比大于0.5， 则称该过程是大滞后过程，当τ /T增加时，系统就越难控制。 大滞后过程采用串级控制和前馈控制等方案都不解决实质问 题，必须采用特殊的控制（补偿）方法，我们来介绍几种常规的 大滞后控制方案。
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》范文
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言随着现代工业自动化水平的不断提高，板形闭环控制系统在生产制造领域中扮演着至关重要的角色。
然而，由于系统中的多种因素，如设备老化、环境变化等，常常会导致系统出现滞后现象，从而影响控制精度和产品质量。
滞后补偿策略的研究与实施，成为提高板形闭环控制系统性能的关键。
本文将深入探讨板形闭环控制系统的滞后现象、成因及其对系统性能的影响，并提出有效的滞后补偿策略。
二、板形闭环控制系统的滞后现象及成因分析板形闭环控制系统主要通过对板材的形状、尺寸等参数进行实时监测与调整，以实现精确控制。
然而，在实际运行过程中，由于设备响应速度、传感器测量延迟、控制算法的复杂性等多种因素，系统往往会出现滞后现象。
这种滞后不仅会影响系统的响应速度，还会导致控制精度下降，严重时甚至可能引发系统的不稳定。
三、滞后对板形闭环控制系统性能的影响滞后现象对板形闭环控制系统的性能产生多方面的负面影响。
首先，滞后会导致系统响应速度变慢，无法及时对外部变化做出调整。
其次，控制精度下降，使得板材的形状、尺寸等参数难以达到预期的精度要求。
此外，长期存在的滞后还可能引发系统的稳定性问题，甚至可能导致系统崩溃。
四、滞后补偿策略研究针对板形闭环控制系统的滞后现象，本文提出以下几种有效的滞后补偿策略：1. 预测控制策略：通过建立系统滞后的数学模型，预测未来一段时间内的系统响应，从而提前调整控制信号，以弥补滞后。
这种策略需要精确的数学模型和强大的计算能力。
2. 滤波器补偿策略：利用滤波器对控制信号进行预处理，以消除或减小信号中的滞后成分。
滤波器的设计需根据具体系统的特性和要求进行优化。
3. 智能控制策略：结合人工智能技术，如神经网络、模糊控制等，实现系统的智能滞后补偿。
这种策略能够适应不同工况下的系统变化，具有较好的鲁棒性。
4. 优化控制算法：针对现有的控制算法进行优化，提高其抗干扰能力和响应速度，从而减小系统的滞后。
大滞后控制系统
加热炉温度反馈控制系统流程图
I1
H•S
TT1 TT2
I2
I3
H•S H•S
TT3 TT4 TT5 TT6
I
T
I
定值器 PID
Im
I/P
燃料 空气系统简介Fra bibliotek采用高值选择器H • S：当每对热电偶 中有一个断偶时，系统仍能正常工作； 加法器：实现三个信号平均 加热炉燃料：通过具有引风特性的喷嘴 进入加热炉，风量能自动跟随燃料量的 变化按比例地增加或减少（比值控制系 统），可经济燃烧。
F(s)
G f (s)
X(s)
U (s)
GC (s)
GP(s)es
GP (s)
Y (s) e s
GP(s)1(es)
Smith预估补偿控制等效框图
X(s)
U (s)
Y1(s) Y (s)
GC (s)
GP(s)1(es)
Y2 (s)
Y (s)
GP(s)es
[X(s)Y1(s)]GC(s)GP(s)es Y(s)
R(s)
u(k)
GC (s)
GP(s)es
m(k ) GP (s)
Y (s)
m(kN)
y(k)
y(k)
e s
补偿器传递函数： G（ s)GP(s)(1es)1K TPP(s)es
Smit预 h 估控制算式： y(k) ay(k 1)b[u(k)u(k N)]
T
其中： ae TP
,b
KP
TP
制过程曲线在时间轴上推迟一个。
Smith补偿的实现
用近似数学模型模拟纯滞后环节—帕德 一阶和二阶近似式
帕德一阶近似式
《2024年板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》范文
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言在现代化工业生产过程中，板形闭环控制系统作为关键环节，其性能的稳定性和精确性直接关系到产品的质量和生产效率。
然而，由于系统中的多种因素，如设备老化、环境变化等，往往会导致系统出现滞后现象，从而影响控制效果。
因此，针对板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究显得尤为重要。
本文旨在探讨板形闭环控制系统的滞后原因、分析现有补偿策略的优缺点，并提出一种新的滞后补偿策略。
二、板形闭环控制系统的滞后原因分析板形闭环控制系统的滞后主要源于系统内部和外部的多种因素。
内部因素包括传感器响应时间、控制器计算时间、执行器动作时间等；外部因素则包括环境变化、设备老化、外部干扰等。
这些因素共同作用，导致系统在控制过程中出现滞后现象，影响系统的稳定性和精确性。
三、现有滞后补偿策略的优缺点分析针对板形闭环控制系统的滞后问题，目前已有多种补偿策略。
其中，常见的包括基于模型的补偿策略、基于规则的补偿策略和基于学习的补偿策略。
这些策略在不同程度上都能有效减少系统滞后，提高控制精度。
然而，各种策略也存在着一定的局限性，如模型复杂度较高、规则制定难度大、学习过程耗时等。
四、新的滞后补偿策略提出针对现有滞后补偿策略的不足，本文提出一种基于预测控制的滞后补偿策略。
该策略通过建立系统滞后模型，预测系统在未来时刻的状态，从而提前进行控制调整，以减小系统滞后。
同时，该策略还结合了机器学习算法，通过不断学习系统运行过程中的数据，优化预测模型，进一步提高补偿效果。
五、新策略的实现方法与实验验证（一）实现方法新提出的滞后补偿策略的实现方法主要包括以下步骤：1. 建立系统滞后模型：根据系统特性和运行数据，建立系统滞后模型，描述系统滞后的时间特性和空间特性。
2. 预测系统未来状态：利用建立的滞后模型，预测系统在未来时刻的状态。
3. 提前进行控制调整：根据预测结果，提前进行控制调整，以减小系统滞后。
4. 优化预测模型：结合机器学习算法，通过学习系统运行过程中的数据，优化预测模型，进一步提高补偿效果。
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言在现代化工业生产过程中，板形闭环控制系统作为关键环节，其性能的稳定性和准确性直接关系到产品的质量和生产效率。
然而，由于多种因素的影响，如系统内部的复杂性和外部环境的干扰，板形闭环控制系统往往存在滞后现象，这严重影响了系统的控制精度和稳定性。
因此，研究板形闭环控制系统的滞后补偿策略具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、板形闭环控制系统的基本原理与问题板形闭环控制系统主要由传感器、控制器、执行器等部分组成。
通过传感器实时获取板形的状态信息，将信息反馈给控制器，控制器根据反馈信息对执行器进行控制，以实现对板形的精确控制。
然而，在实际运行过程中，由于系统内部的复杂性和外部环境的干扰，系统往往存在滞后现象。
这种滞后现象主要表现为系统对输入信号的响应延迟，导致系统无法及时、准确地响应外部变化，从而影响系统的控制精度和稳定性。
三、滞后补偿策略的必要性针对板形闭环控制系统的滞后现象，采取有效的滞后补偿策略是非常必要的。
首先，滞后补偿策略可以提高系统的响应速度和准确性，使系统能够及时、准确地响应外部变化。
其次，滞后补偿策略可以增强系统的稳定性，降低系统在运行过程中受到的干扰和影响。
最后，通过滞后补偿策略的优化，可以提高产品的质量和生产效率，为企业带来更大的经济效益。
四、滞后补偿策略的研究现状目前，针对板形闭环控制系统的滞后补偿策略，国内外学者已经进行了大量的研究。
其中，常见的滞后补偿策略包括预测控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些策略在一定程度上都能有效地解决系统滞后问题，提高系统的控制精度和稳定性。
然而，每种策略都有其优缺点，需要根据具体的应用场景和需求进行选择和优化。
五、滞后补偿策略的优化与实现针对板形闭环控制系统的特点，本文提出了一种基于预测控制的滞后补偿策略。
该策略通过建立系统数学模型，预测系统未来的状态变化，从而提前对执行器进行控制，以弥补系统的滞后。
同时，该策略还结合了模糊控制和神经网络控制的优点，能够适应不同工作环境和需求的变化。
PLC在大纯滞后过程中的应用_梁秀满 (1)
Abstract The new method for implementing Smith estimator by using Siemebs PLC S7-200 is proposed.The software flowchart and experimental re-
sults are given.The experiment shows that by using S7-200, Smith estimation compensation can be fully realized, and controlling effect is enhanced.
45
PLC 在大纯滞后过程中的应用 梁秀满 , 等
送入史密斯预估器 的输入 端 , 同时 将史密 斯预 估器存 储单元内的数据依次推移 。
估器的输入 。从图中 可知 , 必须先 计算 传递函 数的输
出后才能计算预估器的输出
yτ(A)= m(k)-m(k -N)
(1)
工业对象可近似用一阶惯性和纯滞后环节串联来表示 :
DO I :10.16086/j .cnki .issn1000 -0380.2005.12.015 《自动化仪表》第 26 卷第 12 期 2005 年 12 月
PLC 在大纯滞后过程中的应用
The Application of PLC in Large Dead-time Process
梁秀满 曹晓华 刘振东
-e -τs )
经补偿后的系统闭环传递函数为
Υ(s)=
1
D (s)Gp(s)e -τs +D(s)Gp (s)e-τs
= 1 +D(Ds()sG)pG(ps()s)e-τs
上式说明 :经补偿后 , 消除了纯滞后部分对控制系统的
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言在现代化工业生产过程中，板形闭环控制系统扮演着至关重要的角色。
该系统主要负责对生产过程中的板形进行实时监控和调整，以实现精确的板形控制。
然而，由于多种因素，如系统设备的复杂性和外界干扰等，导致板形闭环控制系统存在明显的滞后现象，严重影响了生产效率和产品质量。
因此，针对这一问题，本文着重研究板形闭环控制系统的滞后补偿策略，旨在通过有效的方法来降低滞后对系统性能的影响，从而提高生产效率和产品质量。
二、板形闭环控制系统的基本原理板形闭环控制系统是一种自动控制系统，主要通过传感器实时监测生产过程中的板形，将监测到的数据与预设的板形标准进行比较，然后通过控制器对执行机构发出调整指令，以实现对板形的精确控制。
该系统具有较高的自动化程度和稳定性，可有效提高生产效率和产品质量。
三、滞后现象的分析在板形闭环控制系统中，滞后现象主要表现在系统响应的延迟和误差。
这主要是由于系统设备的复杂性和外界干扰等因素所导致。
具体而言，当板形发生变化时，传感器需要一定的时间来检测这一变化，并将检测到的数据传输给控制器。
控制器在接收到数据后，需要经过计算和比较，然后发出调整指令。
由于这一系列过程需要时间，因此导致系统响应的延迟。
此外，外界环境的干扰、系统设备的老化等因素也可能导致系统误差的增加，从而加剧了滞后现象的影响。
四、滞后补偿策略的研究针对板形闭环控制系统的滞后现象，本文研究了几种有效的滞后补偿策略。
1. 预测控制策略：通过建立预测模型，对未来板形的变化进行预测，并提前发出调整指令，以弥补系统响应的延迟。
这种方法可以有效地减少系统响应的延迟时间，提高系统的响应速度。
2. 滤波器补偿策略：通过在系统中加入滤波器，对传感器检测到的数据进行滤波处理，以消除外界干扰和噪声对数据的影响。
这样可以提高数据的准确性，减少系统误差，从而降低滞后现象的影响。
3. 智能控制策略：利用人工智能技术，如神经网络、模糊控制等，对系统进行智能控制和优化。
《基于超前滞后补偿算法的光电雷达伺服控制系统设计》
《基于超前滞后补偿算法的光电雷达伺服控制系统设计》一、引言光电雷达作为一种重要的探测设备，其伺服控制系统对于雷达的稳定性和精确性起着至关重要的作用。
随着科技的发展，超前滞后补偿算法因其独特的控制特性，在伺服控制系统中得到了广泛的应用。
本文将基于超前滞后补偿算法，探讨光电雷达伺服控制系统的设计。
二、光电雷达伺服控制系统的基本原理光电雷达伺服控制系统主要由伺服电机、控制器和反馈装置等部分组成。
其中，控制器是系统的核心，负责接收外部指令并输出控制信号，以驱动伺服电机进行精确的运动。
反馈装置则负责实时监测电机的位置和速度，将信息反馈给控制器，以实现闭环控制。
三、超前滞后补偿算法的原理及应用超前滞后补偿算法是一种先进的控制算法，其基本原理是通过预测系统的未来行为，提前或滞后调整控制信号，以实现对系统的精确控制。
在光电雷达伺服控制系统中，超前滞后补偿算法可以根据系统的实时状态和预测信息，动态调整控制信号，提高系统的响应速度和稳定性。
四、基于超前滞后补偿算法的光电雷达伺服控制系统设计在光电雷达伺服控制系统的设计中，我们需要考虑多个因素，包括系统的稳定性、响应速度、精度等。
下面将介绍基于超前滞后补偿算法的伺服控制系统设计步骤：1. 系统硬件设计：包括伺服电机的选择、控制器的设计、反馈装置的配置等。
在硬件设计中，需要考虑到系统的可靠性、稳定性以及易维护性。
2. 算法选择与优化：选择合适的超前滞后补偿算法，并根据系统的实际情况进行优化。
优化过程中，需要考虑到算法的实时性、准确性以及计算复杂度等因素。
3. 控制系统建模：建立光电雷达伺服控制系统的数学模型，为后续的算法设计和仿真提供依据。
4. 仿真与实验验证：通过仿真和实验验证系统的性能，包括稳定性、响应速度、精度等。
在仿真过程中，可以调整算法参数，以获得最佳的控制系统性能。
5. 系统调试与优化：根据仿真和实验结果，对系统进行调试和优化，以提高系统的整体性能。
五、实验结果与分析通过实验验证，基于超前滞后补偿算法的光电雷达伺服控制系统具有以下优点：1. 高稳定性：系统能够有效地抑制外界干扰，保持稳定的运行状态。
大滞后控制系统..
Smith预估补偿控制方案
GC ( s )
90 s
Im
I
T
1.06 -s e 120s 1
e
1.06 120 s 1
I
Smith预估补偿器
Smith预估补偿控制分析
加入Smith 预估补偿环节后，PID控制的 对象包括原来的广义对象和补偿环节， 等效传递函数为： 1.06e 1.06e 90s G PC ( s ) (1 e ) 120s 1 120s 1 1.06 120s 1
GP (s)
1 1 s 2
2
用计算机实现纯滞后补偿
设被控对象的传递函数 为： K P s s G ( s ) GP ( s )e e 1 TP s 设采样周期为 T，信号延迟N 反馈回路的偏差:
T
个周期
e( k ) r ( k ) y 2 ( k ) r ( k ) y ( k ) y ( k )
I
1.06 102 s 1
IB
e
90 s
IA
I
I
增益自适应PID控制的实现
假设广义对象的静态增 益从1.06变化到1.08， 在相同的操作变量I m下，因广义对象的输出 I 增大，故除法器 1的输出信号I I / I A 也随之增大，即： I I IA 1.80e 90s Im 1.80 120 s 1 90s 1.06 1.06e Im 120s 1
U ( s)
Y1 ( s)
Y ( s)
GC ( s )
GP (s)e s
Y ( s)
Y2 ( s )
GP (s)(1 e s )
基于加速度滞后补偿的转台控制系统应用研究
摘 要 ：加 速 度 滞 后 补 偿 是 提 高模 拟 转 台 跟 踪 系 统 跟 踪 精 度 的 一 种 有 效 方 法 。在 建 立 了模 拟 转 台 的 数 学 模 型 ， 对 系
统采用 速度环 、 位 置 环 双 环路 控 制 方 法 的 基 础 上 加 以速 度 补 偿 和 加 速 度 滞 后 补 偿 ； 利用 误 差 传 递 函 数 推 算 总 结 出 速 度
Ｙ ≈ ６ ０ ｄ ｅ ｇ的 指 标 ， 并 且带有速度和加速度滞后补偿 的系统的稳态跟踪误差为 ０ ． ０ ４ ２ 。 ， 较 有 无 滞 后 补偿 的 系 统 精 度 提 高Ｉ １ ． ７ ６ 倍。 关键 词 ：模 拟 转 台 ； 加 速 度滞 后 补 偿 ； 参 数分 析
中 图 分：Ａ 国 家 标 准 学 科 分 类 代 码 ：５ １ Ｏ ． ８ Ｏ
ｃ ｏ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｎ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｏ ｕ ｂ ｌ ｅ ｌ ｏ ｏ ｐ
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｔ ｕ ｒ ｎｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
ａ ｃ ｃ ｅ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄｅ ｌ ａ ｙ ｃ ｏ ｍ ｐｅ ｎｓ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
电
子
测
量
技
术
第３ ８卷 第 ２期
基于补偿控制大滞后过程控制系统研究
（ ｏ ｔｗ ｓ Ｐ ｔ ｌｕ Ｕｎｖ ｒｉ ，Ｃ ｅ ｇ ｕ６ ０ ０ Ｓ ｕｈ ｅｔ ｅｒ ｅ ｍ ｉｅｓｔ ｏ ｙ ｈ ｎ ｄ １ ５ ０，Ｃｈｎ ） ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｉ ｄ ｓ ｒ ｌ ｒ ｃ ｓ ｏ ｔｏ ，ｗｈ ｎ ＰＩ ｏ ｔｏ ，ａ ｔａ ｉ ｎ ｌｃ ｎ ｒ ｌｍｏ ｅ ｓ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｏ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｎ ｕ ｔｉ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｐ ｅ Ｄ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｄｔ ａ ｏ ｔ ｉ ｏ ｏ ｄ ｌｗａ ｐ ｌ ｏ ｓ ｍｅ ｃ ｍｐ ｉａ ｅ ｅ ｏ ｌ ｔｄ ｃ
实际工业过程控制具有一定实用参考价值。
关键 词 ：内 模控 制 ； 滞 后 过 程 ； ｔ ｂ仿 真 ； Ｉ 控 制 大 Ｍａｌ ａ ＰＤ 中图 分类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２３ 文献标志码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｆｌ ｒ ｅ ｔｍ ｅ ｄ ｌ ｙ ｓ ａ ｃ ｎ ｒ ｃ ｓ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ａ ｇ ｉ ｅ ａ ｂａ ｅ ｎ ｏ ｐ ｎｓ ｔｏ ｏ ｒ ｌ ｓ ｄ ｏ ｃ ｍ ｅ ａ ｉ ｎ ｃ ｎｔ ｏ
ｃ ｎｒ ｌ ｒｗｅｒ ｏ ｌｔ ｄ ｏ ｔｏｌ ｅ ｃ ｍｐｅｅ ．Ａｍｐｉ ｄ ｎ ｒｑ ｅ ｃ ｈ ｒｃｅ ｉｔ ｕｖ ｒ ｒ ｗｎ ｕ ｄ ｒｄｆ ｅ ｔ ａ ｅ ．Ｂ ｏ ａｅ ｅ ｌｕ ｅ ａ ｄ ｆ ｎ ｙｃ ａ ａ ｔｒ ｉ ｃ ｒｅｗｅ ｅｄ ａ ｎ ｅ ｉｅｒｎ ｓ ｓ ｙ ｃ ｍｐ ｒｄ ｔ ｅ ｓｃ ｃ
ｍｏ ｅ ｏ ｔ ｌ ｒ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ Ｍａ ｌｂ ｓｍｕａ ｉ ｎ ｏ ｈ ｏ ｐ ｓ ｉｅ ，ａ ｖ ｒ ｍｐ ￣ ｎ ｏ ｄ ｌ ｎ ｒ ｌ ，ｄ ｓｇ ｎ ｔ ｉ ｌｔ ｆ ｅ ｌ ｗ－ ａ ｓ ｆｔ ｒ ｅ ｙ ｉ ｏ ａ ｔｃ ｍｐ ｎ ｎ ｎ ｔ ｅ ｉｔ ｒ ａ ｄ ｌ ｃ ｏｅ ａ ｏ ｔ ｌ ｏ ｅ ｔｉ ｈ ｎ ｅ ｎ ｌｍｏ ｅ
大纯滞后系统的自适应补偿控制
大纯滞后系统的自适应补偿控制梁春燕谢剑英（上海交通大学自动化研究所·上海， ）摘要：针对工业过程中普遍存在的纯滞后对象的控制问题，提出了一种带误差补偿环节的模型参考自适应控制方法 仿真结果表明，这种自适应控制器对于一类大纯滞后系统的控制具有比较好的控制效果，且结构简单，有一定的鲁棒性关键词：纯滞后；自适应；模型参考文献标识码：（ ， · ， ， ）： ，： ； ；引言（ ）工业生产对象大多在不同程度上存在着纯滞后，纯滞后系统的控制一直受到控制界学者的关注年， 提出了著名的 预估器［ ］来控制含有纯滞后环节的对象，从理论上解决了纯滞后系统的控制问题 近年来，许多学者对 预估器进行了研究，提出了许多改进的方法［ ］，但由于不可能获得实际系统精确的数学模型，使得这些方法很难得到广泛的应用 本文提出了一种改进型的模型参考自适应控制方法，通过引入补偿环节来消除纯滞后带来的影响 仿真结果表明该方法对于纯滞后系统具有非常好的控制效果下面先介绍新的模型参考自适应控制器，然后讨论纯滞后系统的自适应补偿控制方法新的模型参考自适应控制方法概述［ ］（ ）假设一个单输入单输出、线性时不变系统的传递函数描述为：（ ） （ ） （ ） （ ） （），（ ） 6 !为可观测输出， 6 !为控制输入， !为实数空间跟随的参考模型输出 为：（ ） （ ）（ ），（ ）控制目标是使 （ ） （ ） （ ）满足 、（ ）进行该控制器的设计之前，首先对 （ ）进行下面四个假设：） （ ）的相对阶次 。
＄ ） （ ）的零点存在，且必须位于 左半平面 " ）增益 的符号必须已知）能够找到自适应增益参数!，使得 ! 在以上假设条件下，我们就可以建立一个自适应控制器，来保证系统中所有信号的全局有界性，并达到跟随的目的定理 如果系统（ ）满足假设 ） ），参考模型由（ ）式给出，那么可以找到控制输入 ，使回路中的所有信号均全局有界，且、（ ） ，（ ）收稿日期： ；收修改稿日期：第 卷第 期 年 月控制理论与应用， ，一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一文章编号： （ ）则控制输入为：（）（）（），（）（）（）（）（）（）（）（）（（）（）（）（）（）（）），（）（）（）（），，（）（）（），，（）（）（），{，（）其中（）[]（），（）[]（），（）[]（），，记（）［（），（），（）］，（）［（），（），（）］，（）（），则控制输入可以简写为：（）（）（）（）（）（）证见附录如果（）的零、极点，满足（）（），则（）式的控制器可以进一步简化参数（）假设为常数（），不需要进行调整，（）选择，是一任意大于零的常数，根据（）、（）式，就得到一个比较简单的控制输入：（）()［（）（）（）］，（），这种模型参考自适应控制器的阶次低，结构简单，对系统参数和结构的变化有一定的适应性，鲁棒性好!纯滞后系统的自适应补偿控制（）滞后对象（）（）在系统响应的初始时刻，由于滞后的影响，系统误差很大，普通的自适应控制器（）很难将系统输出跟踪参考模型的输出，甚至发生不稳定的现象因此我们可以从预估器的思想出发，在系统响应开始，把理想无滞后对象（）与参考模型（）的输出误差补偿到真实系统的输出端，即，为补偿增益，为滞后系统的输出，（·）如图所示用泰勒公式展开，取两阶近似为！（），则（）（）（！（））补偿后的系统输出为：（）（）（！（））（）（！（））（（））（）（）（）（）（（））（）（），（）其中（），为有界参考输入这样对滞后系统的控制就可以看作是对存在未建模动态和有界干扰的系统的控制，此时，系统的误差为值得说明的是，在这里我们将泰勒展开项作为未建模动态处理，所以不需要考虑泰勒展开的截断误差和项数定理"对于滞后系统，如果满足假设条件）），那么可以找到控制输入，使回路中的所有信号均全局有界根据设计自适应控制器，将（）式中的用来代替，并选择合适的增益，就可得到滞后系统的控制律控制器结构见图#鲁棒性分析（）由（）式，考虑系统中存在未建模动态和有界干扰，此时，系统可简单描述为：（）（）（（））（）（），（）其中，（）（）（），（）表示各种可能的未建模动态（）（）（）（），是有界干扰下面我们来分析系统存在未建模动态时的鲁棒性首先引入一引理期大纯滞后系统的自适应补偿控制引理!［］如果（）满足假设）和），记（），，那么存在和，当，时（）（）（）（）（）（）（）是严格正实的（），为正实数第一步：由引理，当是固定值时，控制输入可写为（）（）存在的理想矢量序列，，使（）（）（）是令｛，，｝和｛，，｝分别表示（）和（）的最小实现的状态方程描述，则（）的状态空间方程为：，，（）其中，[]，[]，[]，［］（）!（维实数空间，是（）最小实现模型的状态（）是和正定的，存在一对称矩阵，矢量，标量和正的标量满足下列方程：，（），（）（）{如果!（）是方程，（）的解，跟踪误差可表示为：（）（（））（）第二步：当未知，是时变的，则控制输入为（）（）（）（）（）（）定义非最小状态误差，属于维实数空间，是非最小状态空间方程（）（）（）（）（）（）的状态向量由（）式，（）（（））（参数（），分别表示由初始条件产生的指数衰减信号）定义参数误差（）（），则（），{，（），和如（）式所示，［］，表示线性时不变（）算子定义状态：[]，（）那么可由下式解出：·［］，（）［］［］{（）在（）式中，和是算子的变换为（），为正实数，是输入干扰选择函数（，）（），（）由于（）（）（），假如，那么（，）是连续、正定的函数于是（，）（）（）［］（）［］（）（）（），（）其中（）将（）式代入（）式得到：（）（）·（），（）其中（）［］（）［］，（，）通过引入正的、有界常数（，，…，）（的具体表达见文献［］），（）式进一步化简为：（）控制理论与应用卷由（）可以推出（）（），（）如果，取，定义，那么对于所有的［，），（）成立对任意!均是有界的的有界性保证了和的有界，也即闭环系统中所有信号均是有界的通过以上证明可以知道，该自适应控制器对一类存在未建模动态及外界干扰的大纯滞后系统具有一定的鲁棒性!仿真结果（）采用上面讨论的自适应控制器进行仿真计算，取参考模型为：（）假设系统的传递函数为：（）（）选择输出补偿增益系统输出和控制量的变化曲线见图、图由图可以看出，系统的稳态误差趋于零，基本消除滞后的影响，对于大纯滞后系统具有比较好的控制效果保持控制器参数不变，增大滞后时间，并改变被控对象的模型参数：（），适当改变，系统输出和控制量的变化曲线见图、图从仿真结果可以看出，控制器对系统模型参数和滞后时间的变化具有一定的适应性对于高阶系统，只要系统的相对阶次，适当选取控制参数，该控制器仍然适用，系统输出能够很好地跟随参考模型的输出限于篇幅，不再给出仿真结果"结束语（）本文针对工业过程中一类常见的大纯滞后系统提出了一种带补偿环节的模型参考自适应控制方法，解决了纯滞后系统自适应控制的稳定性问题，并理论上证明了该自适应控制器对于大纯滞后系统具有一定的鲁棒性仿真结果进一步表明这种补偿自适应控制器对系统的滞后时间和模型参数的变化均有比较理想的控制效果参考文献（）［］［］，，（）：［］［］：，（）［］［］期大纯滞后系统的自适应补偿控制，，（）：（）［］［］，［］，，，，［］［］，，（）：附录!定理的证明（）首先引入一个误差模型误差模型!［］在自适应控制系统中存在两种偏差，输出偏差和参数偏差!（）可以在任何时刻测量，!（）未知却可以调节，那么这两个偏差满足下面的关系：（）（）［!（）（）（）］，（）（）［（），（），（）］，（）是系统中的矢量信号，（）是干扰引起的标量信号，（）是一个严格正实（）的传递函数，记（）式为误差模型引理!由（）式的误差模型，按以下规律进行自适应调整：!·（）"（）（），""，（）假设干扰为有限能量，G r（）和!（）都是有界的，t＞，G（是平方积分有界空间）如果（）和（）有界，那么—（）由（）式，控制输入可简单描述为：（）#（）（）#（）（），（）定义参数误差矢量为!（）［#（）#。
基于Smith预估器的大时滞系统控制方法研究与仿真
数 的分 母不 再含ｅ 项 ，即要求
收稿 日期：２ １— ６ ０ ００ ０－ ３ 作者简介：东方 （ ９ ５一 １ ７ ），女 ，辽宁鞍 山人 ，讲师，硕士 ，主要从事电气 自动化 专业的教学和研究工作 。 第３ 卷 ２ 第８ 期 ２ １ ～ ［７ ］ ００ ８ １ ７
务ｌ
东 方
ＤＯＮＧ ａ ｇ Ｆ ｎ
（ 西国 防工业职 业 技术 学 院 ，西 安 ７ ０ ０ ） 陕 １ ３ ０
摘 要 ：本文分析了在 过程 控制中广 泛采用 的大时滞过程控 制算法——ｓ ｉ 预估 补偿 法 ，并重点讲述 ｍｔ ｈ 了其改进算法——双 自由度 Ｓ ｉ 预估器 ，最后进 行了仿真。仿真结果表 明该 改进 算法是可行 ｍｔ ｈ
的。
关键 词 ：大时滞 ； 过程 控制 ； ｍｔ预估器 ； 自由度 Ｓ ｉ ｈ 双
中国分类号 ：Ｔ ７ Ｍ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — １ ４ ２ １ ） ８ １ ７ ０ ９ ０ （ ０ｏ ｏ—０ — ３ ０ ３ ７
Ｄｏｉ １ ３ ６ ／ｉｉｓ １ Ｏ 一Ｏ ４． ０ ０ ５ ： ９ ９ ． ｎ． ９ １ Ｏ． ｓ Ｏ ３ ２１ ０．８． ６
０ 引言
时 滞 现 象 常 产 生 于 化 工 、 轻 化 、 冶 金 、 计 算 机 网络 通 讯 和 交 通 等 系统 中 ¨引 就 控 制 系 统 而 ’。
言 ， 时 滞 是 指 作 用 于 系 统 上 的 输 入 信 号 或 控 制 信 号 与 在 它们 的作 用 下 系统 所 产 生 的输 出信 号之
另 外 ， 当被 控 对 象 受 到 干 扰 而 使 被调 量 改变 时 ， 控 制 器 产 生 的控 制 作 用 不 能 及 时 有 效地 抑 制 干 扰 的影 响 ，从 而 导 致 较 大 的超 调 量 和较 长 的调 节 时
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言随着现代工业自动化水平的不断提高，板形闭环控制系统在生产制造过程中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于系统中的多种因素，如设备老化、工艺参数变化等，常常会导致系统产生滞后现象，严重影响系统的稳定性和控制精度。
因此，针对板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究显得尤为重要。
本文将重点研究板形闭环控制系统的滞后补偿策略，分析其原理、方法及实施过程，以期为相关领域的研究和应用提供有益的参考。
二、板形闭环控制系统的基本原理板形闭环控制系统是一种通过反馈原理实现自动控制的系统。
它通过传感器实时监测板形的变化，将监测结果与设定值进行比较，根据比较结果调整执行机构的动作，以达到控制板形的目的。
然而，在实际运行过程中，由于设备老化、工艺参数变化等因素的影响，系统往往会产生滞后现象，导致控制效果不理想。
三、滞后补偿策略的研究为了解决板形闭环控制系统中的滞后问题，研究者们提出了多种滞后补偿策略。
其中，常见的策略包括基于模型预测的补偿策略、基于模糊控制的补偿策略、基于神经网络的补偿策略等。
1. 基于模型预测的补偿策略基于模型预测的补偿策略是通过建立系统的数学模型，预测系统未来的输出值，并根据预测结果进行提前调整，以弥补系统的滞后。
该策略的关键在于建立准确的数学模型，因此需要充分考虑系统的非线性、时变性等特点。
2. 基于模糊控制的补偿策略模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，可以通过模拟人的思维方式和经验来处理不确定性和模糊性问题。
在板形闭环控制系统中，模糊控制可以根据传感器实时监测的数据和经验知识，自动调整控制参数，以实现滞后补偿。
该策略具有较好的适应性和鲁棒性。
3. 基于神经网络的补偿策略神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型，具有较强的学习和自适应能力。
在板形闭环控制系统中，可以通过训练神经网络来建立系统输入与输出之间的非线性映射关系，从而实现滞后补偿。
该策略适用于复杂、非线性的系统，具有较高的控制精度。
一种滞后补偿控制方法及应用其的数字控制系统[发明专利]
![一种滞后补偿控制方法及应用其的数字控制系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d102c7ce58fb770bf68a5533.png)
专利名称：一种滞后补偿控制方法及应用其的数字控制系统专利类型：发明专利
发明人：刘宝其,张彦虎,胡兵,薛丽英,柳萌,宗艳玲
申请号：CN201310446999.8
申请日：20130926
公开号：CN103472755A
公开日：
20131225
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请公开了一种滞后补偿控制方法及应用其的数字控制系统，其通过一补偿系数对现有采用滞后一拍控制的数字控制系统的输出调制波进行修正，确定当前拍的调制波数值，存储至控制寄存器，控制寄存器根据所述调整后的当前拍调制波数值进行滞后一拍处理，并形成占空比控制相应驱动系统的开关电路；因此，相对于现有技术中直接将离散控制环节的输出信号作为当前拍的调制波数值进行滞后一拍控制，本申请在通过滞后一拍环节解决了系统输出占空比受限问题的同时，通过补偿环节对滞后一拍特性进行补偿，既不需要改变系统控制带宽，保证了系统的稳定裕度及动态特性，又不需引入新的采样量，简单易实现，有效的解决了现有技术的问题。
申请人：阳光电源股份有限公司
地址：230088 安徽省合肥市高新区习友路1699号
国籍：CN
代理机构：北京集佳知识产权代理有限公司
代理人：王宝筠
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时域滞后补偿控制策略在电力系统中的应用研究
时域滞后补偿控制策略在电力系统中的应用研究时域滞后补偿控制策略是一种常用于电力系统中的有效控制手段，其目的是通过减小传输系统中的电压滞后现象，提高系统的稳定性和效率。
本文将探讨时域滞后补偿控制策略在电力系统中的应用，并对其研究进行深入分析。
电力系统是一个复杂的工程系统，包括发电、输电和配电环节。
在电力输送过程中，会出现电压滞后的问题，导致系统的稳定性受到威胁。
时域滞后补偿控制策略通过对系统的电压进行调节，提高电网的稳定性和可靠性，同时减少能量损耗。
时域滞后补偿控制策略的基本原理是通过在电力系统中加入适当的滞后补偿控制器，使系统的电压能够调节到期望的数值。
这一策略通常采用计算机集成控制系统来实现，利用先进的控制算法和实时数据采集技术，快速准确地对电压进行调节，从而提高系统的动态响应和稳定性。
时域滞后补偿控制策略的应用在电力系统中具有许多优势。
首先，它可以有效地解决系统中的电压滞后问题，提高系统的电压质量。
其次，通过减小滞后现象，可以降低系统的电能损耗，提高能源利用效率。
此外，该策略还能够降低系统运行成本，延长设备的使用寿命。
在实际应用中，时域滞后补偿控制策略可以应用于多个电力系统环节。
例如，在发电环节中，可以通过控制发电机的输出电压来实现滞后补偿控制；在输电环节中，可以通过调整传输线的参数来实现电压补偿；在配电环节中，则可以通过改变配电变压器的接线方式来实现电压调节。
当然，时域滞后补偿控制策略也存在一些挑战和限制。
首先，实施该策略需要大量的行业数据和实时监测设备，成本较高。
其次，控制算法的开发和优化也需要在技术和理论方面做出更多努力。
此外，应用于电力系统的滞后补偿控制器需要通过实验验证其可行性和效果。
为了解决以上挑战和限制，研究人员可以从以下几个方面进行深入研究。
首先，可以利用数据挖掘和机器学习等技术，分析历史数据并预测未来的电网负荷和电压变化情况，以便更好地制定控制策略。
其次，可以着重研究一些先进的控制算法和智能控制器，以提高滞后补偿控制的效果和性能。
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》
《板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究》篇一一、引言随着现代工业自动化水平的不断提高，板形闭环控制系统在制造业中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于系统中的各种因素，如设备老化、环境变化、工艺参数波动等，往往会导致系统出现滞后现象，从而影响系统的稳定性和控制精度。
为了解决这一问题，本文对板形闭环控制系统的滞后补偿策略进行了深入研究，旨在提高系统的控制性能和稳定性。
二、系统概述板形闭环控制系统是一种用于控制板材形状的自动化系统，广泛应用于冶金、化工、机械制造等领域。
该系统通过传感器实时检测板材的形状，将检测结果与设定值进行比较，然后通过控制器输出控制信号，驱动执行机构对板材进行形状调整。
然而，由于系统中的滞后现象，往往会导致控制信号与实际执行之间存在一定的时间延迟，从而影响系统的控制效果。
三、滞后原因分析系统中的滞后现象主要由以下因素引起：1. 设备老化：系统中的设备随着使用时间的增长，性能会逐渐下降，导致信号传输和处理速度变慢。
2. 环境变化：工作环境的变化，如温度、湿度等，会影响设备的性能，从而引起系统滞后。
3. 工艺参数波动：工艺参数的波动会导致系统的不稳定性，进而产生滞后现象。
四、滞后补偿策略为了解决系统中的滞后现象，本文提出了以下滞后补偿策略：1. 预测控制策略：通过建立系统的数学模型，预测未来一段时间内的系统输出，从而提前调整控制信号，以弥补滞后现象。
2. 滤波器补偿策略：在控制器中加入滤波器，对传感器检测到的信号进行滤波处理，以消除噪声和干扰，提高信号的信噪比，从而减小滞后现象。
3. 智能控制策略：利用人工智能技术，如神经网络、模糊控制等，对系统进行智能控制，通过学习和优化，逐渐适应系统的变化，减小滞后现象。
五、实验与分析为了验证上述滞后补偿策略的有效性，我们进行了实验分析。
实验结果表明，预测控制策略和滤波器补偿策略均能有效减小系统的滞后现象，提高系统的控制精度和稳定性。
其中，预测控制策略通过提前调整控制信号，使系统能够更快地响应变化，从而提高系统的动态性能；而滤波器补偿策略则通过消除噪声和干扰，提高信号的信噪比，从而减小了由于信号失真引起的滞后现象。
第7章-大滞后控制系统
7.3 大滞后过程控制系统
如图是采用简单控制方案的大滞后过程控制系统
框图。其中Go(s)e －τoS为控制通道的广义传递函数， 特意将纯滞后环节e －τoS单独写出，并且变送器的传
递函数简化为1。该系统X(s)与Y(s)之间的闭环传递函
数为：
Y(s) X(s)
=
Gc (s)Go (s)e−τos 1+Gc (s)Go (s)e−τos
F(s)
Gf(s) U(s)
X(s)
+_
Gc(s)
Go(s)e-τoS
Y(s)
7.3 大滞后过程控制系统
若能将G0(s)e –τoS中的e –τoS补偿掉，则实现无滞 后控制。Smith提出了一种大滞后系统预估补偿控制 方法，图7.17是Smith预估补偿控制系统框图，Gb(s) 是Smith预估补偿器的传递函数。
7.3 大滞后过程控制系统
Y(s) F(s−
Gc (s)Go (s) 1+Gc (s)Go (s)
e −τ os }
由于上式第二项含有e -τoS项，表明系统对干扰
的控制作用比干扰作用纯滞后τ0时段，这仍然影响
控制效果。
因此，Smith预估补偿系统对设定值扰动的控制 效果很好；对负荷扰动的控制效果有所改善。
Gb (s) = Go (s)(1− e−τos )
F(s)
X(s)
+_
Gf(s)
U(s)
+
Gc(s)
Go(s)e-τoS +
Go(s)
e-τoS _
+
+
Y(s) Y’(s)
7.3 大滞后过程控制系统
可得到设定值X(s)与Y(s)之间的闭环传递函数为
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^ = Gp+ （ s） f
（ 6）
由式（ 6） 表明滤波器 f 与闭环性能直接相关，滤
波器中的时间常数 Tf 是个可调整的参数，时间常数 越小，Y 对 R 的跟踪滞后越小。但系统对模型误差过
于敏感，即鲁棒性变差。对某个具体系统，滤波器时间
常数 Tf 的取值应在兼顾动态性能和系统鲁棒性中折 中选择。
线平缓，稳定，其参数改变对控制效果的影响也不大， 或几乎无影响。□
参考文献
［1］ 万琳，刘娟，陈波，等． 基于过程控制的软件质量保障 平台设计［J］． 微计算机信息，2010，（ 2-1） ： 24-25．
［2］ 李志坤，让余奇． 基于内模控制的直流无刷电机调速 系统 设 计 ［J］． 舰 船 电 子 工 程，2009，176 （ 2 ） ： 188-192．
1 自动测试系统的构成
系统的工作原理是建立 PLC 和 PC 的通讯，实现 PC 对测试系统的远程控制。变频器执行来自控制系 统 PLC 的命令驱动电机，并对其调速，被测电机通过 联轴器带动负载电机运转。图 1 为测试系统结构图， 系统主要包括控制部分和测量部分。控制部分的核心 是 PLC，通过继电器组完成对供电设备和测量设备的 控制任务。测量部分由传感器和采集卡等构成，采集 电机各状态下的测量信号并做分析处理。
传统的过程控制系统中，主要运用传统的 PID 控 制，Smith 控制，对于被控对象简单的系统，可以得到 预期的效果，但是遇到大滞后的被控对象，其控制效 果难以 达 到 预 定 的 效 果，对 于 滞 后 系 统，其 τ / T ＞ 0. 5，在这种情况下，就需要提出一种先进的 PID 控制 器，使其在大滞后环境下，也能得到预期的控制效果。 在本文中 采 用 直 流 无 刷 电 机 作 为 被 控 对 象［2］，通 过
ZHAO Ran，WANG Ying
（ Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China）
Abstract： We designed an automatic test system for motor using LabVIEW as the development tool． The control of our test system adopts PLC，and the virtual instrument technology improved the efficiency of the automated detection for motor performance． Paper presents the design of our system and the implementation method，and introduces the process of the main hardware and software． Key words： motor test； virtual instrument； communication
□研究报告□ doi： 10． 3969 / j． issn． 1671-1041． 2011． 03． 003
仪器仪表用户
基于补偿控制大滞后过程控制系统研究
孟苹苹，谢文滔
（ 西南石油大学，成都 610500）
摘要： 在工业过程控制中，传统 PID 控制方式用于较复杂被控对象时，在超调量与稳定性等方面都难以获得令人满意的结
在本文中，由于为一阶系统，取 r = 1，由 Gc（ s） | s = 0 = ∞ 并经反复试验，可确定 Tf = 1． 8。 1． 2 结构框图
由于被控对象为直流电机被控对象采用一阶大
滞后对象，其表达式为 Gp（ s）
=
1.
3 5s
+
1·e －1． 2s ，内模
控制的结构框图如图 2 所示。
图 2 内模控制的结构框图 欢迎订阅 欢迎撰稿 欢迎发布产品广告信息
8 EIC Vol． 18 2011 No． 3
仿真说明采用内模控制的电机系统控制精度高、响应 快、稳定性和鲁棒性良好。
1 内模控制技术［3-4］
1． 1 内模控制技术简介 内模控制是在模型没有误差，而且可得到这个假
设条件下的理想反馈控制。内模控制系统的典型框 图如图 1 所示。
图 1 内模控制结构图
（ 4）
^ 即在 Gp（ s） = Gp（ s） 情况下，将式（ 2） 和式（ 1） 代入式（ 4） ，可得
^
^
Y（ s） = Gp+ （ s） fR（ s） + ［1 － fGp+ （ s） ］D（ s） （ 5）
当设定值变化时，即 D（ s） = 0，R（ s） ≠0，此时系
统的闭环传递函数为
Y（ s） R（ s）
Abstract： In industrial process control，when PID control，a traditional control model was applied to some complicated controlled objects，usually control effect is not satisfied as good as expected． In this paper，by focusing study on internal model controller，design and Matlab simulation of the low-pass filter，a very important component in the internal model controller were completed． Amplitude and frequency characteristic curve were drawn under different cases． By compared with PID in controlling characteristics，meaningful conclusions were conducted which might be applicably valuable to industrial process control in practice． Key words： internal model control； great lag process； Matlab simulation； PID control
自动化检测，提高了测试效率。文章给出了系统的设计过程与实现方法，对其主要 通信
中图分类号： TM932
文献标志码： A
The study of motor automatic testing system based on the virtual instrument
果。本论文以内模控制器作为研究对象，完成了内模控制器中低通滤波器的设计与 Matlab 仿真研究，得到了不同情形下的
频率特性曲线，同时，通过与传统 PID 控制对比，对不同类型控制方式的特点进行了分析研究，得到了有意义的研究结论，对
实际工业过程控制具有一定实用参考价值。
关键词： 内模控制； 大滞后过程； Matlab 仿真； PID 控制
0 引言
过程控制 技 术 近 年 来 发 展 迅 速，特 别 是 在 计 算 机，网络通信和先进控制理论的带动下，过程控制的检 测，执行仪表及控制系统日益向智能化方向发展［1］。
在化工、炼油、冶金等一些复杂工业过程中，广泛 存在着较大的纯滞后。纯滞后往往是由于物料或能 量需要经过一个传输过程而形成的，这类时间滞后系 统的控制是世界公认的控制难题。由于纯滞后的存 在，使得被控量不能及时地反映系统所受的扰动，从 而产生明显的超调，使得控制系统的稳定性变差，调 节时间延长。
□研究报告□ 1． 3 仿真结果［6］
图 3 为内模控制的仿真曲线，其中转速设置为 70r / min。其中直线为无干扰情况，虚线为阶跃干扰情 况下控制曲线。
图 4 为 K 变化 10% 时的仿真曲线。
图 3 内模控制的仿真曲线 图 4 K 变化时的仿真曲线
图 5 为 PID 控制的仿真曲线［7］，其中转速设置为 70r / min。其中直线为无干扰情况，虚线为阶跃干扰情 况下控制曲线。
图 5 PID 控制的仿真曲线
图 6 K 变化 10% 时的仿真曲线
仿真结果表明，在标称状态下，采用内模控制的 电机转速控制精度高、响应快、稳定性和鲁棒性良好。 在阶跃信号干扰下，具有一定的超调，但是曲线表明 其响应时间减短，鲁棒性也很好，能够稳定。在被控对 象的参数以 10% 变化的情况下，虽然有很小的超调 变化，但鲁棒性依旧很好，能够稳定。与 PID 控制相比 较，明显降低了超调，响应速度提高，鲁棒性稳定提高。
0 引言
基于虚拟仪器的自动测试系统是以计算机为载 体，在通用的采集硬件基础上，根据需要编程设计适 用的仪器，以实现对各种物理量的自动化测量。本文 研究的系统使用可编程逻辑控制器 PLC 作为电机测 试现场控制的核心设备，控制变频器对电机的调速， 并在上位机的 LabVIEW 环境下实现 PLC 和 PC 串行 通信，PC 将采集设备测量到的数据在界面上显示、计 算处理和存档，整个测试过程实现自动处理。
［3］ 刘洋，王钦若． 基于内模控制的 PID 参数整定及仿真 ［J］． 广东工业大学学报，2008，25（ 1） ： 66-70．
［4］ 任永峰，李含善，安中全，等． 内模控制的并网型双馈 电机风力发电系统［J］． 高电压技术，2009，35 （ 5） ： 1214-1220．
G
* c
（
s）
=
1 ^
f
（ 2）
Gp－
式中，f 为静态增益为 1 的低通滤波器［5］。其典型形式为
f
=
（
Tf
1 + 1）
r
（ 3）
式中，Tf 为所希望的闭环时间常数，参数 r 是一正整