纯滞后系统变积分数字控制研究.pdf

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1、过程控制化工自动化及仪表，2010，37(7)：17—20ControlandInstrumentsinChemicalIndustry纯滞后系统变积分数字控制研究喻桂兰(广西大学电气工程学院，南宁530004)摘要：提出一种基于动态性能指标的纯滞后系统变积分数字控制方法，目的是消除延迟对系统过度过程的影响，改善系统的性能。该算法的基本思想是将系统的阶跃响应划分为6个区域，在不同的区域实时地调整控制器的控制量，从而实现控制效果的整体最优，给出了控制策略和仿真控制结果。该算法只需要整定两个控制参数，他们有明确的物理意义。仿真实验表明该控制

2、方法具有参数整定简单、容易使用、具有一定的自适应性等特点，可获得满意的控制效果。关键词：纯滞后系统；变积分数字控制；动态性能指标；控制参数；仿真中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)07-00174)41引言在许多工业过程中(如化工、热工等)，控制对象往往存在着不同程度的纯时间滞后现象，由于滞后时间的存在，加大了控制的难度，特别是大滞后降低了系统的稳定性，使系统产生较大的超调量和较长的调节时间，严重时甚至会破坏系统的稳定性。因此长期以来，对滞后特别是大滞后系统的控制一直是控制领域研究的重要课题，人们

3、提出了各种控制算法，常用的主要有各种改进的PID控制¨q1、Smith预估算法、智能控制¨1、内模控制"1和先进控制怕1等。这些算法各有特点，有的需要精确的数学模型，如Smith预估算法；有的控制器设计复杂，如内模控制，对系统的优化过程比较繁琐。如何寻求一种简捷、方便并有效的设计方法，以消除延迟对系统过度过程的影响，从而改善系统的性能，提高生产过程的控制品质呢?正是基于以上考虑，作者对纯滞后系统进行了研究，提出了一种基于动态性能指标的数字控制方法，该算法只需要整定两个控制参数，作者称之为过程控制因子墨和超调量控制因子K。通过计算机仿真，

4、结果表明该控制方法具有参数整定简单、效率高、控制程序易于实现、容易掌握、适应对象广、具有一定的自适应性等特点，很适合于工程应用。2纯滞后系统特性分析和可控率问题研究2．1纯滞后系统特性分析研究带有纯滞后的一阶模型为：Co(5)2瓦备。一2者1(口=1／T·)式中：r被徽㈣洲；正——时间常数。令N=T／T，即丁为r的Ⅳ整数倍，r为采样周期。设T=1s，则模型的广义脉冲传递函数为：c(：)=器=ZIG,(s)G0(s)]=z[牛×者“]：坐掣(1)1一e一：一‘、’式中：G。(s)——零阶保持器。令6。=e一，a。=l—e～，则由式(1)Z

5、反变换得：，，(☆)=bly(矗一1)+口。n(☆一1一Ⅳ)(2)取不同的参数L列出表1。表1不同参数t时的b，，n，(丁=1s)由表1可见，C(z)的特点是，口。和b。均为正数(0≤bI

6、JB>1，采用PID控制，有时甚至无法实现控制，究其难控的原因，是由积分项引起的，分析如下。数字式PID控制算法，其表达式为：m-个u(＆)=K，1e(％)+÷∑e(i)+等[e(％)一e(^一1)]}』I厕J(3)由上式可知，在滞后时间r内，式(3)中的积分项随着Ⅳ的增大而增大，这样积分作用会很强；另外，由式(1)可以看出，带有纯滞后的一阶系统的阶跃响应实际就是0型一阶系统G0(s)=1／(T。s+1)的阶跃响应滞后了丁时间，由控制理论旧1知，0型系统是有静态误差的，所以，对纯滞后系统的控制要有积分器，以消除静态误差。用实验方法测得系

7、统对阶跃输入的整个变化过程曲线，如图1所示，在曲线最大斜率处作切线，求得等效的滞后时间下、等效的被控对象时间常数L。在_r不变的情况下，结合图1和表1得出：口越大，说明图1切线越陡，即正越小，由表1知对应的口，越大，b。越小；而卢越小，说明图l切线越平坦，即正越大，此时的o，越小，b．越大。y，0图1系统的阶跃响应因此，当卢较大(即瓦较小)时，口。也大，这样，在t>r后，式(2)中的口，u(k一1一Ⅳ)项就会因为式(3)中的积分项很强而为很大的正值，使Y(尼)远大于l，从而产生大的超调量，这就是口越大越难控制的原因；而当口较小时，在1I

8、时间内，式(3)中的积分作用虽然很强，但因为口，较小，所以，在t>下后，口。Ⅱ(k一1一Ⅳ)项数值较小，使Y(k)不会太大，也就不会有大的超调量产生。综上所述，要解决口越大越难控制的问题，在下时间内，需要削