第五章-时间滞后控制系统知识讲解

1.5
1
Imaginary Axis
0.5
(-1, j0)
0
-0.5
G0(s)=2/(12s+1)(20s+1)
-1
G1(s)=G0(s)e-12s
-1.5
G(s)=G0(s)e-30s
-2
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Real Axis
二、解决方法
对大时滞对象，可以选择： 改进型常规控制方案 预估补偿方案 采样控制方案
第二节 改进型常规控制方案
R Wc
C Wo
_
+
WD
R Wc
_
Z
C Wo
WD / Wc
C’ + C
+
等效对象 W o
图中
C WD C Wc
Z C C C WD C Wc
若 W c K P,W D TDs, 则
Z C TD sC KP
L1[Z ] L1(C T D sC ) KP
PID 控制小得多。
第四节 时滞系统控制方案比较
预估补偿方案 理论上，可以完全消除纯滞后对系统的影 响；对对象数学模型的精度有很大依赖性， 在工程上实现有一定难度。
常规控制方案 通用行强，价格低，维护调整方便，是常 用的方案。
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
热流体 q1 冷流体 q2
FCE
加热器
混合流体 q
T
IT0
TT
_
TC _
Smith
R PID
—
—
2 (1 e4s ) 4s 1
加热器
2 e4s
C
4s 1
通过试验测得对象数学模型为
Woe0 s
2 e4s 4s 1
( 0 1, 4 4 min )
T0
Ws
2 (1 4s 1
e4s来自百度文库)
C(t)
1.2 1
0.16
0.14
I T1+ I D
0.12
0.1
I T1
Amplitude
0.08
0.06
ID
0.04
0.02
0
0
1
2
3
4
5
6
Time (sec)
原对象的响应曲线 IT1 惯性和滞后大，等 效对象的响应曲线 IT1＋ID 惯性和滞后较小。 增加导前微分信号使系统动态性能得到较
大改善。
稳态时
IT1＋ID－IT10＝0
第五章-时间滞后控制系统
第一节 引言
一、时间滞后对系统性能的影响
纯滞后 0 主要是由于物质或信号传输距离
造成的。一般，对象的0 T0 0.3时，为大
时滞对象。
扰动通道时滞 仅使扰动量对被控量的影响推迟一个滞后
时间 0 ，对系统性能无影响。
控制通道时滞的影响 降低系统的相对稳定性。
Nyquist Diagram 2
其中 ID＝0，
所以
IT1＝IT10 ，即 T1＝T10
第三节 史密斯预估补偿方案
没有补偿环节的单回路系统，闭环传函
特征方程
C R
WcWoe 0s 1WcWoe 0
s
1WcWoe 0s 0
系统的稳定性和动态性能取决于特征方程，
所以对象纯滞后 0 将影响系统的稳定性和
动态性能。
R Wc
—
Woe-τs
大；W o 的响应曲线 z(t) 的时滞和惯性较小
，对象的动态性能得到改善。所以，改进
型系统的动态性能也较好。
例、带导前微分信号的过热汽温控制系统
过热器 1
T2 过热器 2 T1
qd
T2T 导前信号 IT2
D
T1T
导前微 分信号 Id +
IT1 _
+
IT10
TC
FCE
u
qj
引入导前微分信号可以减小控制通道的滞后，改 善系统在二次扰动下的动态性能。
-IT10
++
IT1
ID
f2( pj )
u
qj
T2
WC
Wv
Wo2
IT2
WD
Wm 2
f1( qd、qy )
T1 Wo1
Wm1
-IT10
+
u
qj
T2
Wc
Wz
Wo2
Wo1
T1
ID +
WD / Wc1
+ IT1 Wm1
Wm2
等效对象的输入为 qj，输出为 IT1+ID。
Step Response 0.18
Ws
+
C
+
等效对象的传函 W oe0sW sW o W sW o(1e0s) 预估补偿器传函
R Wc
—
C Woe-τs
－
+ +
Wo
e-τs
Ws
R
Wc
Wo
—
C e-τs
上图中，补偿系统的闭环传函
特征方程
WcWoe0s 1WcWo
1WcWo 0 补偿后，消除了纯滞后对稳定性和动态性 能的影响。
例、加热器温度预估补偿系统
z (t) c (t) T D c (t)
KP
Step Response 0.18
0.16
0.14
0.12
z(t) =c(t)+c'(t)
0.1
c(t)
Amplitude
0.08
(TD/KP)c’(t)
0.06
(TD/KP)c'(t)
0.04
0.02
0
0
1
2
3
4
5
6
Time (sec)
Wo 的阶跃响应曲线 c(t) 时滞和惯性都较
0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2
0
Step Response
Smith PID
5
10
15
20
25
30
35
40
Time (sec)
Step Response 1.2
1
0.8
Smith
0.6
PID
0.4
C(t)
0.2
0
-0.2
-0.4
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Time (sec)
仿真结果显示，σp 和 tp、t s 都比单纯的