大滞后 比值

2、比值控制的含义
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制 系统，统称为比值控制系统。
3、变量及关系
•主动量---起主导作用而又不可控的物料流量； •从动量---跟随主动量而变化的物料流量； •比例系数: K=Q1/ Q2
二、比值控制系统的类型
(一)、开环比值控制 (二)、单闭环比值控制 (三)、双闭环比值控制 (四)、变比值控制
1、特点
•在PID控制回路上再并联一个补偿回路， 以抵消对象的纯滞后因素。
2、原理结构
原理思想：若能采取某些方法，将纯滞后环节排除在控制 系统之外，则会提高系统的控制质量。
假设广义对象的传递函数为：WO（s）= Wp（s）e-τs
我们可以在广义对象上并连一个分路， 假设这一分路的传递函数为Wτ（s）。
• 缺点：主流量不受控。
5、应用场合
在负荷变化不太大的场合得到广泛应用。
(二)、单闭环比值控制 1、特点: 能克服开环比值方案的不足。 2、系统组成：如下图所示。
Q1
K
FC
Q2
单闭环比值控制原理图
3、工作过程
单闭环比值控制系统框图
•稳定状态下……
•Q1受到扰动时…… •Q2受到扰动时…… • Q 、Q 受到扰动时……
4、优缺点
• 优点：不但能实现流量的副量跟随主量变化，而且能克服流量 干扰等。
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。
一般认为纯滞后τ与过程的时间常数T之比大于0.3， 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。
大滞后常规控制方案 大滞后预估控制方案
微分先 行源自文库
中间反 馈
相对最佳 相对最佳
16.2% 13.3%
28min 21min
与一般常规控制对比：
（1）、在给定值变化时，无论是微分先行方案，或中间反馈 控制方案，其控制过程的品质均优于常规PID，尤其在减 小超调量方面效果更佳。
（2）、在扰动作用下，其控制品质与常规PID相差不大。
大滞后预估控制方案
•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。
2、原理方案
X(S) + _
Kc(1+1/TIS)
F(S) +
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 整定参数 超调量 调节时间 PID 相对最佳 28.9% 25min
一、概述
1、方法的产生
在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比 例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质 量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。如：
燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送 入炉膛。
制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。 造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例。 水泥配料系统……
Y Wp(s)e- s
W (s)
Wp(s)(1-e-τs)
• 控制器接受的测量信号比 实际检测到的被控量提前 了时间，是一个对被控量 的预估器。
X+
_
Wc(s)
Y1
Y
Wp(s)
e-s
（b）加补偿器
U(s)
Wc(s)
Wp(s)
Y e- s
（d）等效方框图
1-e- s Y2
（c）代入补偿器传递函数后
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。
大滞后常规控制方案
一、微分先行控制方案
1、特点 ➢ 是一种比较简单、工程上易实现、又能满足一定 控制质量要求的控制方案。 ➢ 对降低超调量更有显著的效果。
2、组成结构 ✓ 一般常规PID控制方案：见下页图。 ✓ 微分先行控制方案：见下页图。
FD(S()s)
RX((Ss)) +
_
Kc(1+1/TIS)
+ TDS+1
WO(S)e-s
Y(S)
PID控制系统框图
XR((Ss)) +
_
Kc(1+1/TIS)
FD(S(s))
+ WO(S)e-ts
Y(S)
TDS+1
微分先行控制系统框图
3、传递函数（随动特性与抗扰动性能）
•一般常规 PI＋D：式(1)、式(2)
Y (s)
kc (TI s 1)(TD 1)e_ τs
Y (s)
TI se_τs
(4)
F (s) TI sWo_1(s) kc (TI s 1)(TDs 1)e_ττ
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。
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
X+ _ -
Wc(s) W (s)
Y1 Wp(s)e- s
4、工业应用举例：
加热炉温度预估补偿控制
1、预估补偿：原理上能消除纯滞后对控制系统的动态影响，但需被控过程 的精确模型，工程上往往实现比较困难。
2. 其他：大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。
4.4 比值控制
一、概述 二、比值控制系统的类型
(1)
X (s) TI sWo_1(s) kc (TI s 1)(TD 1)e_τs
Y (s)
TI se_τs
(2)
F (s) TI sWo_1(s) kc (TI s 1)(TDs 1)e_τs
•微分先行：式(3)、式(4)
Y (s)
kc (TI s 1)e_τs
(3)
X (s) TI sWo_1(s) kc (TI s 1)(TD 1)e_τs
二、比值控制系统的类型
(一)、开环比值控制
1、系统组成: 如下图所示。
设定值 K
Q1 X+ _
比值器
检测变送 Q2
Q2 控制阀 Q1
开环比值 控制原理 及方框图
2、特点 3、适用场合
•简单、成本低； •只有当Q1变化时才起控制作用； •Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。
副流量没有干扰的情况。
Wp(s)e-s P
W(s)
Y
史密斯 补偿法
令并联后的等效传递函数为Wp（s）， 即， Wp（s）= Wp（s）e-τs + Wτ（s）
因此， Wτ（s） = Wp（s）（1-e-τs ）
史密斯 预估器
3、控制效果：
X+ _
X+ _
X+ _
Y1
Wc(s)
Y Wp(s)e-s
（a）单回路
Wc(s)