过程控制第九讲：大延时系统设计
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当经过τ时间后，再按照被控参数与给定值的偏差及其变化 方向与速度值来进一步加以校正，校正后又保持其值不变。
再等待一个纯时延τ ，这样重复上述动作规律，一步一步 地校正被控参数的偏差值，使系统趋向一个新的稳定状态。
制2与02仪0/表10/27
五、控制举例
设贮液罐液位控制系统的广义过程传递 函数为
控制策略：
微分先行 Smith预估
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
1．微分先行控制方案 在大延时过程中，控制器若采用PI或
PID控制规律时，系统的品质均会下降 ，纯时延愈大，其问题愈突出。PID控 制系统中采用微分先行控制方案与普通 的PID控制系统相比，其控制品质有较 大提高，对于减小超调量更显著。
而PI控制方案的一对主要极点（复根）离jω轴较近，其衰减较慢。 两方案零点相同。中间微分控制方案的衰减比较大，过渡过程时间较
短，这种控制方案对克服纯时延的效果较好。
制2与02仪0/表10/27
三、SMITH预测估计
设对象的特性为W0(s)，其中W0(s)为对象不包含时 延环节的传递函数；扰动通道的特性为Wf(s)；控制 器的特性为Wc (s)，
特点：微分先行PID控制系统中，微分环节的输出信 号包括了被控参数及其变化速度值，将它作为反馈量 与给定值比较的偏差作为PI控制器的输入信号，这样 系统具有更强克服超调的作用。
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
1．微分先行控制方案
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
1．微分先行控制方案
过程控制第九讲：大延时系 统设计
制2与02仪0/表10/27
重点内容
大时延控制系统=大时延对象+反馈控制系统
内容：
系统分析 控制方案 系统整定 系统投运
制2与02仪0/表10/27
一、概述
大延时系统：
人们关注焦点，成为重要的研究课题：工业生产过程中，某些过 程特性具有较大的纯时延，其特点是当控制作用产生后，在时间τ 范围内，被控参数完全没有响应。
单回路系统闭环传递函数为：
特征方程中引入项 ，使闭环系统的品质大大恶化。
制2与02仪0/表10/27
三、SMITH预测估计
等效方案：
W0(s)（1－e-τs）
为预估补 偿装置的 传递函数。Biblioteka 制2与02仪0/表10/27
三、SMITH预测估计
给定值为扰动时的闭环传递函数为 ：
对于扰动信号的传递函数为：
A、微分先行控制在给定值作用下：
B、PID控制系统在给定值作用下：
注意：
微分先行控制方案和PID控制方案的特性方程完全相同。
少一下零点Z＝－1/TD，所以微分先行控制方案比PID控制
方案的超调量要小一些，提高了控制质量。
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
2．中间微分控制方案 特点：
系统中的微分作用是独立的； 在动态时起作用，而在静态时或在被控参数变化
速度恒定时就失去作用。
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
2．中间微分控制方案 设：
对象： 控制器：PI调节器 PI常规控制：
中间微分环节：
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
2．中间微分控制方案 设：
讨论：
预估补偿完全补偿了时延对系统的不利影响，系统控制品质 与被控过程无延时完全相同。
Smith预估补偿控制方法的缺点是模型的误差会随时间累积 起来，也就是对过程特性变化的灵敏度很高。为此可采用增 益自适应预估补偿控制。
制2与02仪0/表10/27
四、采样控制实现
控制原理：
当被控过程受扰动而使被控参数偏离给定值时，采样被控参 数与给定值，保持其值不变，保持的时间与纯时延大小相等 或稍大一些。
若过程控制通道或测量变送环节存在延时，将会降低系统的稳定 性，并且，纯时延会导致被控参数的偏差值增加，系统动态控制 精度和静态控制质量下降。对于具有有时延过程的控制是非常困 难的，采用反馈控制和前馈控制等方案是无法克服的。
大时延对象：当对象纯延迟时间τo与其时间常数To之比 大于0.3，则该系统为具有大延时对象；当纯延迟与时间常 数之比增加，延时现象更加突出，系统越不稳定。
式中：K0＝2，T0＝2min，τ＝4min
制2与02仪0/表10/27
八、前馈控制举例
SMITH预测估计
将上式展开： 求得两种控制方案的特征根为 中间微分控制方案：
S1，2=－0.199 ± j 0.058 S3=－0.643 S4=－0.207
PI控制系统：
S1，2=－0.161 ± j 0.253 S3=－0.755 S4=－0.15
讨论：
中间微分控制方案的一对主要极点（复根）离jω轴较远，其衰减较快 ；
再等待一个纯时延τ ，这样重复上述动作规律，一步一步 地校正被控参数的偏差值，使系统趋向一个新的稳定状态。
制2与02仪0/表10/27
五、控制举例
设贮液罐液位控制系统的广义过程传递 函数为
控制策略：
微分先行 Smith预估
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
1．微分先行控制方案 在大延时过程中，控制器若采用PI或
PID控制规律时，系统的品质均会下降 ，纯时延愈大，其问题愈突出。PID控 制系统中采用微分先行控制方案与普通 的PID控制系统相比，其控制品质有较 大提高，对于减小超调量更显著。
而PI控制方案的一对主要极点（复根）离jω轴较近，其衰减较慢。 两方案零点相同。中间微分控制方案的衰减比较大，过渡过程时间较
短，这种控制方案对克服纯时延的效果较好。
制2与02仪0/表10/27
三、SMITH预测估计
设对象的特性为W0(s)，其中W0(s)为对象不包含时 延环节的传递函数；扰动通道的特性为Wf(s)；控制 器的特性为Wc (s)，
特点：微分先行PID控制系统中，微分环节的输出信 号包括了被控参数及其变化速度值，将它作为反馈量 与给定值比较的偏差作为PI控制器的输入信号，这样 系统具有更强克服超调的作用。
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
1．微分先行控制方案
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
1．微分先行控制方案
过程控制第九讲：大延时系 统设计
制2与02仪0/表10/27
重点内容
大时延控制系统=大时延对象+反馈控制系统
内容：
系统分析 控制方案 系统整定 系统投运
制2与02仪0/表10/27
一、概述
大延时系统：
人们关注焦点，成为重要的研究课题：工业生产过程中，某些过 程特性具有较大的纯时延，其特点是当控制作用产生后，在时间τ 范围内，被控参数完全没有响应。
单回路系统闭环传递函数为：
特征方程中引入项 ，使闭环系统的品质大大恶化。
制2与02仪0/表10/27
三、SMITH预测估计
等效方案：
W0(s)（1－e-τs）
为预估补 偿装置的 传递函数。Biblioteka 制2与02仪0/表10/27
三、SMITH预测估计
给定值为扰动时的闭环传递函数为 ：
对于扰动信号的传递函数为：
A、微分先行控制在给定值作用下：
B、PID控制系统在给定值作用下：
注意：
微分先行控制方案和PID控制方案的特性方程完全相同。
少一下零点Z＝－1/TD，所以微分先行控制方案比PID控制
方案的超调量要小一些，提高了控制质量。
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
2．中间微分控制方案 特点：
系统中的微分作用是独立的； 在动态时起作用，而在静态时或在被控参数变化
速度恒定时就失去作用。
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
2．中间微分控制方案 设：
对象： 控制器：PI调节器 PI常规控制：
中间微分环节：
制2与02仪0/表10/27
二、常规控制方案
2．中间微分控制方案 设：
讨论：
预估补偿完全补偿了时延对系统的不利影响，系统控制品质 与被控过程无延时完全相同。
Smith预估补偿控制方法的缺点是模型的误差会随时间累积 起来，也就是对过程特性变化的灵敏度很高。为此可采用增 益自适应预估补偿控制。
制2与02仪0/表10/27
四、采样控制实现
控制原理：
当被控过程受扰动而使被控参数偏离给定值时，采样被控参 数与给定值，保持其值不变，保持的时间与纯时延大小相等 或稍大一些。
若过程控制通道或测量变送环节存在延时，将会降低系统的稳定 性，并且，纯时延会导致被控参数的偏差值增加，系统动态控制 精度和静态控制质量下降。对于具有有时延过程的控制是非常困 难的，采用反馈控制和前馈控制等方案是无法克服的。
大时延对象：当对象纯延迟时间τo与其时间常数To之比 大于0.3，则该系统为具有大延时对象；当纯延迟与时间常 数之比增加，延时现象更加突出，系统越不稳定。
式中：K0＝2，T0＝2min，τ＝4min
制2与02仪0/表10/27
八、前馈控制举例
SMITH预测估计
将上式展开： 求得两种控制方案的特征根为 中间微分控制方案：
S1，2=－0.199 ± j 0.058 S3=－0.643 S4=－0.207
PI控制系统：
S1，2=－0.161 ± j 0.253 S3=－0.755 S4=－0.15
讨论：
中间微分控制方案的一对主要极点（复根）离jω轴较远，其衰减较快 ；