6、第六章 大时滞过程控制系统.pdf

过程控制系统 第六章 大时滞过程控制系统 作者：鲁照权 方敏 机械工业出版社 CHINA MACHINE PRESS 1 本章内容要点  1. 时间滞后特性广泛存在与工业生产过程中。时间滞后系统简称为时滞系统，有纯 时滞、惯性时滞两大类。  2. 时滞的存在，使得被控量不能及时地反映系统所承受的扰动。具有时滞的过程  难以控制，难控程度随着时滞 的增加而增加。一般认为时滞 与过程的时间  T /T 常数 之比 大于0.3时，称该过程为大时滞的过程。 增加，过程中 /T 的相位滞后也随之增加。  3. 常规的微分先行控制方案和中间反馈方案对解决惯性时滞有一定的效果，但对 纯时滞过程无能为力。  4. Smith预估补偿方案在模型准确的情况下，有比较好的预估与补偿效果。增益 自适应Smith预估补偿方案能够适应模型不准确的情况，具有较高的应用价值。  5. 采样控制方案采用 “调一下，等一下”的方式，对纯时滞过程有比较好的控制 效果，但是，调节的时间比较长，不能满足对系统动态性能要求高的场合。 过程控制系统 2 6.1 大时滞过程概述 时滞现象在工业生产过程中是普遍存在的。时滞可分为两类，一类称为纯时滞，如带 式运输机的物料传输、管道输送、管道混合、分析仪表检测流体的成分等过程； 另一类为惯性时滞，又称为容积时滞。该类时滞主要来源于多个容积的存在，容积 的数量可能有几个甚至几十个，如分布参数系统可以理解为具有无穷多个微分容积。 因此，容积越大或数量越多，其滞后的时间就越长。 由于时滞的存在，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动，即使测量信号到达  调节器，执行机构接受控制信号后立即动作，也需要经过时滞 以后，才能波及到 被控量，使其受到控制。因此，这样的过程必然会产生比较明显的超调量和比较长 的调节时间。所以具有时滞的过程被公认为比较难以控制的过程。其难控程度随着   T 时滞 占整个过程动态份额的增加而增加。一般认为时滞 与过程的时间常数 之 比 大于0.3时，则认为该过程是具有大时滞的过程。当 增加时，过程中 /T /T 的相位滞后也随之增加，使以上现象更为突出。有时甚至会因为超调严重而出现停 产事故；有时则可能引起系统的不稳定，被调量超过安全极限而危及设备及人身安 全。因此，大时滞过程的控制问题一直是倍受人们关注的重要研究课题。 过程控制系统 3 6.1 大时滞过程概述 几个典型的大时滞工业过程实例： 如图6-1所示，钢板冷轧过程是一个典型的含有纯时滞的工业过程。通过五次辊 6 1mil=25.4 10 m 压，将80mils （密耳， ）轧成厚度为9mil （约0.2285mm）的薄板。 一台X光测厚仪检测第一轧辊轧出的厚度，作为调节器