大时滞系统的自动控制算法实践
1.概述
随着社会进入信息化时代，工业领域对自动化程度的要求越来越高。然而在很多工业行业里，尽管自动化设备越拉越先进，但是实际上，计算机、网络的使用远不能成为自动化，显示器仅仅是取代了传统的模拟仪表，键盘和鼠标取代了开关按钮。针对国内这类传统行业的自动化控制，我们做了大量的工作，下面主要讨论大时滞系统中的控制算法理论和实践，本文讨论控制算法在水泥窑外分解窑上的实践。
2.传统控制方法的缺陷
自动控制理论发展到现在，有很多算法，在过程控制中最常用、最经典的算法应该是PID算法。PID算法，是按控制目标的偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制。PID算法，在过程中非常实用，效果也不错，但是在非线性大时滞系统里，缺陷也很明显。
在大时滞系统中，每个被控量与影响它的调整量之间都存在着长短不一的延迟，并不是调整控制量得很短的时间内，被控制量就发生变化，而是在一段时间之后这种影响才表现出来。针对这样的延时状况，为了保证系统稳定，只有在PID控制器各参数都比较小，控制周期延长，增益较低的情况下才能使系统稳定，但是这样必然导致调整时间变长，抗干扰能力下降；反之，如果增大了参数就会使系统出现震荡不稳定。这种情况下很难在快速性和稳定性之间找到一个理想的平衡点。同时，这种情况下PID参数的整定过程也会很困难，整定好参数的控制器效果也并不理想。另外大多数控制量与其对应的调整量之间的关系并不是一种线性的关系，而且还是一种多因素共同影响的结果，这时，如何建立有效的关系模型也不是一件容易的事。
3.Smith算法的应用
针对大时滞系统，我们选择了Smith算法。Smith算法被广泛的应用在时滞系统的控制中，
原理简述如下：
E2=E1+(Ym-Xm)=E1-Gm(s)*（1-）*U(s)
其中E1=R(s)-Y(s)；Y(s)=E2(s)*Gc(s)*Go(s)*e-ts
当t*=t且Gc(s)=Go(s)时，Y(s)=Gc(s)*Go(s)*E2;没有延迟。
设置模型为：Gm(s)=为一二阶系统，可以代表大多系统。
既有：Xm(s)()=U_t(s)*(ds+f)化为差分方程为：
Xm(k)=*[(d+f)*u(k)-d*u(k-1)+(2a+b)*Xm(k-1)_a*Xm(k-2)] (1)而Ym为Xm向后延迟t*/T个点得到。
4.预估模型的选择
在实际的工业过程控制中，影响控制目标的因素往往非常多，且影响的程度非线性，相互之间也有影响，因此用公式或矩阵来建立预估模型非常困难。我们尝试了多种模型后，发现用神经元网络来建立这种非线性的模型比较实用。
每一个节点上的权值和阀值需要通过一个训练来决定。简单的说，拿出一组足够多数据，包括输入和对应的输出，通过一个反相计算的算法进行训练，逐次修正，逐步接近，最后寻找出输入与输出的关系。在运用时，将数据输入至受过训练的神经元网络，得到的输出就是网络预测的结果。
循环水系统事故及应急处理方案 典型事故原因处理措施 1、补水浊度高，水质不好1、改善补水水质，加强补水 2、循环水系统周边环境恶 过滤工作。 劣，空气中灰尘含量高。2、搞好循环水场周围环境 3、循环水系统有泄露。 卫生。 4、旁滤有故障。3、通过查漏、堵漏切断污染 5、循环水微生物大量滋生。 源，视污染程度进行置 6、分析化验数据有错误。 换、排污和清洗等处理。1、循环水7、循环水系统中的悬浮物4、多反冲洗几次，如仍不 浊度高和粘泥除了一部分被旁行，检测旁滤池，对故障 滤截获外，大部分沉入池进行检修。 底，并没有随排污而排5、加强杀菌灭藻。 掉，致使循环水浊度居高6、检查化验数据是否有偏 不下。差、错误。 8、系统有设备首次投运，引7、注意清除塔、池积泥。 入外来污染源。8、设备首次投运前，进行必 要的清洗。 循环水总铁含量高时，循1、如果循环水中总铁含量 环水的色度比较高，分析数据严重超标，加大排污，降 中总铁含量偏高，主要原因：低循环水浓缩倍数的控 1、补水总铁含量高。 制，尽量使循环水中总铁 2、循环水PH值控制过低。 处于正常控制范围。 2、循环水中 3、循环水系统内设备腐蚀2、降低补水中总铁含量，如 总铁高率高。有除铁设施，加强除铁设 备的管理，降低补水中总 铁的含量。 3、循环水腐蚀率高，应加强 水质管理，降低循环水腐 蚀率。 1、加酸调PH值的循环水系1、调整循环水PH值，尽快 统，可能加酸过多。 使PH值恢复到正常控制 范围。当循环水PH小于 2、加氯量或加药量过大。 3、工艺介质泄露入循环水 2.5时，可以通过向水中 中，直接或间接造成PH添加NaOH将循环水调 节到 2.5-3.0的范围。再3、循环水中值异常。 PH异常4、冷却塔运行环境的影响， 投加碳酸钠溶液，将循环 如进入冷却塔空气中含 水PH提高至 4.5左右。 有大量二氧化硫、氨等。此时，循环水中游离的无
五、详细设计 #include int KMPFindImprove(String &P); //改进的KMP匹配算法 void Output2(); //输出子串在主串中出现的位置 }; int String::KMPFindImprove(String &P) { int sum=0; int j=KMPFindImprove(0,P); while(j!=-1) { count[sum++]=j; if(j<=n-P.n) j=KMPFindImprove(j+P.n,P); } return sum; } void String::Output2() //输出子串在主串中的位置 { int i=0; while(count[i]!=count[i+1] && i 《过程控制系统》 《过程控制系统》 第七章时间滞后控制系统 第七章时间滞后控制系统 第七章时间滞后控制系统 循环水系统水质处理方案 1 前言 水是人类最宝贵的财富之一，地球上的淡水资源是有限的，可供人类利用的水资源就更少，节约水资源已刻不容缓。为此近年来国家在宪法中又颁发了"水法"这些做法都促进并强迫我们重视节约使用水资源，减少水的污染，以利工农业进一步发展和人类自身的繁衍。 为了使循环冷却水系统正常运行，确保换热设备的长期使用，防止循环水在使用中所生产的腐蚀、结垢及微生物污垢的危害，提高热交换设备的冷却效率，确保生产的正常运行，必须对循环冷却水进行水质稳定化学处理，这不仅能提高冷却效率，延长设备的使用寿命，并且对节约能源（节水、节电），减少大修费用及工作量和保护环境都有非常积极的意义。 根据对循环水处理的经验，再综合系统的特点，建议对循环水系统进行水清洗、化学清洗预膜，然后进入正常运行阶段。正常运行中投加氧化型杀菌剂和非氧化型杀菌灭藻剂来控制循环水系统的细菌、粘泥的大量滋生。 2 系统参数及水质状况 2.1 系统参数 2.2 水质状况 根据工厂的实际状况，采用软化水作为冷却塔的补水，补充水水质如下： 从上表可以看出，如果该补充水未经过浓缩，在40℃的情况下运行，可以看出在供、回水管道、冷却塔中都呈腐蚀性，只有在换热装置表面80℃的情况下，才略呈结垢的特性，所以在此情况下正常运行，只需要用杀菌、缓蚀的化学品。在浓缩5倍40℃的情况下： 在浓缩倍数是5倍80℃的情况下： 通过以上分析，在5倍的浓缩倍数下运行，只需要进行杀菌灭藻。 3 系统水冲洗 3.1 清洗的目的 主要是冲洗在安装过程中进入地下管道和设备中的泥沙和焊渣，为化学清洗做准备。 3.2 冲洗前应具备的条件 3.2.1 为保证管道清洗效果，各使用循环水的车间，入户管阀门已经安装完毕，在入户阀前已经安装了旁路阀，避免管道中的泥沙和焊接的焊渣等进入到换热器中。 3.2.2 循环水泵已经安装完毕，机械、电气具备启动条件，冷却塔已经安装完成，循环水的回水直接可以回到冷却水池，与上塔部分相连的管道已经拆开，避免堵塞冷却塔溅水装置和填料。 3.2.3 冷却塔的补水管路安装完毕，并具备补水条件。 3.2.4 每个循环回路上的所有使用循环冷却水的设备安装完毕。 3.3 冲洗步骤 模式匹配算法 源程序如下： #include printf("匹配的结果:%d\n",n); } //KMP模式匹配算法 int index_KMP(char *s,char *t,int pos) { int i=pos,j=1; while (i<=(int)strlen(s)&&j<=(int)strlen(t)) { if (j==0||s[i]==t[j-1]) { i++; j++; } else j=next[j]; } if(j>(int)strlen(t)) return i-strlen(t)+1; else return 0; } void get_next(char *t,int *next) { int i=1,j=0; next[0]=next[1]=0; while (i<(int)strlen(t)) { if (j==0||t[i]==t[j]) { i++; j++; next[i]=j; } else j=next[j]; } } 运行效果如下： 时变时滞非线性系统的间歇控制 ?フ? 要:时变时滞广泛存在于各种非线性系统中，研 究了时变时滞非线性系统的间歇控制及其在保密通信中的 应用问题,提出了一种间歇控制策略，理论上分析了其正确性，并且给出一个定理来确定控制器的相关参数。根据提出的定理，设计出间歇控制器使得两个含有时变时滞的Chua电路 指数达到同步。将该方法应用到混沌保密通信中，在两个系统达到同步的基础上，发送端的信号能够在接收端很好地恢复出来，表明了该方法的可行性。 ?ス丶?词:间歇控制；时变时滞；指数同步；保密通信；Chua电路 ?ブ型挤掷嗪?: TP309.2 文献标志码:A Abstract: Time??varying delay widely exists in nonlinear systems. This paper investigated the intermittent control problem of nonlinear systems with time??varying delay and its applications in chaotic secure communications. The authors proposed an intermittent control scheme, and analyzed its correctness theoretically. Moreover, a theorem was also given to determine the corresponding parameters in the controller. According to the proposed theorem, the synchronization of two chaotic Chua’s circuits can be achieved by designing intermittent controller. The method was applied to chaotic secure communications, and the sender’s signal could be recovered well at the receiving end after the synchronization was achieved. This also shows that the proposed method has some engineering applications. ??Key words: intermittent control; time??varying delay; exponential synchronization; secure communications; Chua’s circuit ?? 0 引言?? 混沌是非线性动力系统固有的一种行为，是服从某种确定规律，但同时又具有一定随机性的一种运动形式。由于混沌时间序列具有非周期性、连续宽频谱、类似噪声、高度类随机性、对初值的敏感依赖性等诸多性质，使得混沌在保密通信和扩频通信中展现出了很好的应用价值。自从1990年Pecora等人????［1］??提出了混沌同步的原理, 并在电路中得以实现以来, 各国学者们掀起了一股将混沌应用包括保密通信、扩频通信在内的信息安全领域的热潮。近年来，各 一、问题描述 模式匹配两个串。 二、设计思想 这种由D.E.Knuth,J.H.Morris和V.R.Pratt同时发现的改进的模式匹配算法简称为KM P算法。 注意到这是一个改进的算法，所以有必要把原来的模式匹配算法拿出来，其实理解的关键就在这里，一般的匹配算法： int Index(String S,String T,int pos)//参考《数据结构》中的程序 { i=pos;j=1;//这里的串的第1个元素下标是1 while(i<=S.Length && j<=T.Length) { if(S[i]==T[j]){++i;++j;} else{i=i-j+2;j=1;}//**************(1) } if(j>T.Length) return i-T.Length;//匹配成功 else return 0; } 匹配的过程非常清晰，关键是当‘失配’的时候程序是如何处理的？为什么要回溯，看下面的例子： S:aaaaabababcaaa T:ababc aaaaabababcaaa ababc.(.表示前一个已经失配) 回溯的结果就是 aaaaabababcaaa a.(babc) 如果不回溯就是 aaaaabababcaaa aba.bc 这样就漏了一个可能匹配成功的情况 aaaaabababcaaa ababc 这是由T串本身的性质决定的，是因为T串本身有前后'部分匹配'的性质。如果T为a bcdef这样的，大没有回溯的必要。 改进的地方也就是这里，我们从T串本身出发，事先就找准了T自身前后部分匹配的位置，那就可以改进算法。 如果不用回溯，那T串下一个位置从哪里开始呢？ 还是上面那个例子，T为ababc，如果c失配，那就可以往前移到aba最后一个a的位置，像这样： ...ababd... ababc ->ababc 这样i不用回溯，j跳到前2个位置，继续匹配的过程，这就是KMP算法所在。这个当T[j]失配后，j应该往前跳的值就是j的next值，它是由T串本身固有决定的，与S串无关。 《数据结构》上给了next值的定义： 0 如果j=1 next[j]={Max{k|1 题目一阶纯滞后系统的控制方法研究 摘要 在现代工业生产中，自动控制技术的使用越来越多，而随着工业和控制技术的发展，自动控制理论也在发展和完善，出现了多种控制方法如最基础的PID控制以及微分先行控制、中间微分控制、史密斯补偿控制、模糊控制、神经网络控制等。自动控制技术的发展在工业生产中遇到了一系列的问题：如在本文中所研究的一阶纯滞后系统的控制就是控制理论中一个较为重要的问题。由控制理论可知，无滞后控制系统（简单点说就是没有延迟）比有滞后系统更加稳定，更加容易控制。因此如何解决生产中滞后的问题在当前工业大生产中尤其重要。论文在常规PID控制也就是比例-积分-微分控制的基础上提出了三种控制方法即：微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯补偿控制。并对这三种方案进行Simulink仿真，检测其抗干扰性能。为便于分析，论文将所得仿真结果以图形的方式给予显示出来，形象生动便于理解。 关键词：自动控制，仿真，PID，复杂控制 The control method research of the first-order delay system Abstract The automatic control technology use more and more in modern industrial production, and as the industrial and control technology development, the automatic control theory are developed and perfected, a lot of controlled methods appear such as PID control which is the most basic control and differential first control, intermediate differential control, Smith compensation control, fuzzy control, nerve network control. Automatic control technology had experienced a series of questions in industrial production: as the first-order delay system control in this article which is a more important issue in the control theory. Known by the control theory,a no lag control system (simple say is no delay) is more stable and more easily controlled than a delay system . So it is particularly important of how to solve the lagging problem in the current industrial production . The articles propose three control methods such as differential first control 、the middle of differential feedback control、smith compensation control base the conventional PID control in the other word is proportional - integral - derivative controller .And simulate this three programs by the simulink, testing its interference fearure. For convenient analyze the simulation result , the paper of the study derive from the simulation results by the graphical ,which we can easy understand and clear know the mean in the article. Key Words：automatic control; simulation; PID; complicated control 水务中心循环水系统控制方案 水务中心 2016年3月 循环水控制方案 1目的 根据不同季节，对循环水冷水温度控制指标进行细化，满足装置运行。 2基本原则 2.1满足生产需求的原则，首先在流量稳定情况下以调节水温为主，水温由开停风机来调节，当水温无法调节时，阶段性调节水量。 2.2可操作性原则。 2.3节能原则。 3.具体内容 3.1一循控制方案 3.1.1一循所供装置为常减压装置、焦化装置、工贸污油装置。 3.1.2具体温度指标控制 3.1.3 当风机全开水温不能满足生产要求时，生产装置对冷却器的流量进行优化调整，循环水场通过调节泵流量保证循环水压力的稳定，满足生产需求。 3.1.4由于季节变化生产装置进行冷却器流量大幅调整前，要及时将信息汇报给生产调度，生产调度通知到水务中心，以避免循环 水压力出现大的波动。 3.1.5循环水场严格控制好温度指标，根据昼夜温差做好动态调整。 3.1.6一循装置循环水温度的控制首先采取开停风机的手段来进行，如出现风机调整达到最大，而无效果时，通过调整循环水量的方式来进行。 3.1.7由于焦化装置热负荷较大，以上调整方式无效时，可关闭常减压、焦化装置循环水联通阀门，采用焦化装置、常减压装置分区供水的方式来进行。 3.1.8及时调整风机的开停，循环水冷水高低温差不应超过6℃。 3.1.9为确保循环水冷却效果，每年5月份及10月份，应组织对一循系统进行集中清洗。 3.1.10装置区水冷器管程循环水流速不应小于0.9m/s，以避免结垢及污物沉积，影响换热效果。 3.1.11装置区应及时对冷却效果不好的水冷器进行反冲洗。 3.1.12确保循环水泵、风机等设备完好，做好巡回检查。 3.1.13及时发现设备隐患，做到检修不过夜。 3.1.14听从调度指令，根据生产需要，进行温度调节。 3.2二循控制方案 3.2.1二循所供装置为催化装置、气分装置、MTBE装置和聚丙烯装置。 3.2.2具体温度指标控制 /** *时间：2010年8月26日7:09:57 *功能：模式匹配算法代码 */ #include"stdio.h" #include"malloc.h" void kmp(int *ikmp,char *t,int t_length) { int k=0; int q=0; ikmp[0]=k; for(q=1;q while(t[t_length]!='\0') { t_length++; } /*测试*/ printf("t_length is %d\n",t_length); /*求t的kmp值*/ ikmp=malloc(t_length*sizeof(int)); kmp(ikmp,t,t_length); /*匹配过程*/ for(q=0;q 2000m3/h，2×1500m3/h 循环水系统投药系统 设 计 方 案 苏州得润水处理设备有限公司 2010年10月 目录 一、概述 (2) 二、循环冷却水处理设计的原则和要求 (2) 三、工艺流程的确定 (3) 四、循环水系统设计参数 (4) 五、设计规范标准 (6) 六、药剂选用原则 (7) 七、补充水及旁滤处理 (7) 八、循环水处理 (7) 九、清洗与预膜处理 (10) 十、药剂的选用及投药量 (13) 十一、投药设备的选型 (14) 十二、供货清单 (16) 十三、设备的投资概算 (16) 一、概述 在冷却水循环使用的过程中，通过冷却构筑物的传热与传质交换，循环水中Ca2+、Mg2+、CL-、 2 SO等离子，溶解性固体，悬浮物相应增加，空气中污染物如 4 尘土、杂物、可溶性气体和换热器物料渗漏等均可进入循环水，致使微生物大量繁殖和在循环冷却水系统的管道中产生结垢、腐蚀和粘泥，造成换热器换热效率降低，能源浪费，过水断面减少，通水能力降低，甚至使设备管道腐蚀穿孔，酿成事故。 循环冷却水处理的目的就在于消除或减少结垢、腐蚀和生物粘泥等危害，使系统可靠地运行。 循环水中能产生的盐垢有许多种，如碳酸钙、硫酸钙、碳酸镁、氢氧化锰、硅酸钙等，其中以碳酸钙垢最为常见，危害最大。 二、循环冷却水处理设计的原则和要求 1、安全生产、保护环境、节约能源、节约用水是在工业循环冷却水处理设计中需要贯彻的国家技术方针政策的几个重要方面。在符合安全生产要求方面：循环冷却水处理不当，首先会使用权冷却设备产生不同程度的结垢和腐蚀，导致能耗增加，严重时不仅会损坏设备，而且会引起工厂停车、停产和减产的生产事故，造成极大的经济损失。因此，安全生产首先应保证循环冷却水处理设施连续、稳定地运行并能达到预期的处理要求。其次，在循环冷却水处理的各个环节如循环水处理、旁流水处理、补充水处理及辅助生产设施如仓库、加药间等，设计中都应考虑生产上安全操作的要求。特别是使用的各种药剂如酸、碱、阻垢剂、杀菌灭藻剂等，常常是有腐蚀性、有素，对人体有害的。因此，对各种药剂的贮存、运输、配制和使用，设计上都必须有保证工作人员卫生、安全的设施。并按使用药剂的特性，具体考虑其防火、防腐、防素、防尘等安全生产要求。 2、循环冷却水处理，可以概括为去除悬浮物、控制泥垢、控制腐蚀及微生物等四个方面。 3、敞开式循环冷却水系统中冷却水吸收热量后，以冷却塔与大气直接接触，二氧化碳逸散，溶解氧和浊度增加，水中溶解盐类浓度增加以及工艺介质泄漏等，使循环水水质恶化，给系统带来结垢、腐蚀、污泥和菌藻问题。 简单的模式匹配算法_Brute-Force算法 在串的操作中，子串的定位操作Index_string(s，t)，通常称之为模式匹配(其中：子串t称之为模式串)。其功能是：主串s＝“c0c1...c n-1”中，去查找子串t＝“t0t1...t m-1”，若找到则返回子串t在主串s中的位置,否则查找不成功，返回-1。 为了便于理解，我们举例进行说明。 1．例子 例如：主串s=”ababcabcacbab”,t=”abcac”。其匹配过程如图6－12所示。 第一趟匹配: i=2 a b a b c a b c a c b a b a b c j=2 第二趟匹配: i=1 a b a b c a b c a c b a b a j=0 第三趟匹配： i=6 a b a b c a b c a c b a b a b c a c j=4 第四趟匹配： i=3 a b a b c a b c a c b a b a j=0 第五趟匹配： i=4 a b a b c a b c a c b a b a j=0 第六趟匹配： i=10 a b a b c a b c a c b a b a b c a c j=5 图6－12 Brute-Force算法中串的匹配过程 2．算法思想 算法的基本思想是：分别设置计数指针i和j指示主串s和模式串t中当前正待比较的字符位置。从主串的第一个字符和模式的第一个字符比较，若相等，则继续逐个比较后续字符；否则从主串的下一个字符起再重新和模式串的字符比较。依次类推，直到模式串中的每个字符依次和主串中的一个连续的字符序列相等，则称匹配成功，函数值为和模式串中第一个字符相等的字符在主串中的序号，否则称匹配不成功。 这个算法简单，易于理解，但效率不高，主要原因是：主串指针i在若干个字符序列比较相等后只要有一个字符比较不等便需回溯。 Vol.32,No.2ACTA AUTOMATICA SINICA March,2006 Robust Stabilization of Nonlinear Time Delay Discrete-time Systems Based on T-S Model1) MI Yang1JING Yuan-Wei2 1(Shanghai University of Electric Power,Shanghai200090) 2(School of Information Science and Engineering,Northeastern University,Shenyang110004) (E-mail:miyangmi@https://www.doczj.com/doc/ca18005892.html,) Abstract A robust stabilization problem is considered for time delay nonlinear discrete-time sys- tems based on T-S fuzzy model.A necessary and su?cient condition for the existence of such controllers is given through Lyapunov stability theorem.And it is further shown that this condition is equivalent to the solvability of a certain linear matrix inequality,which can be solved easily by using the LMI toolbox of Matlab.At last,an illustrative example of truck-trailer is presented to show the feasibility and e?ectiveness of the proposed method. Key words Discrete-time systems,fuzzy control,linear matrix inequality,T-S fuzzy model 1Introduction Recently,fuzzy control has been one of the useful control techniques for uncertain and nonlinear complicated systems.The conventional fuzzy control is composed of some if-then linguistic rules.The property of it makes the control algorithm easily understood.Its main drawback,however,comes from the lack of a systematic control design methodology.Particularly,the stability analysis and robustness are not easy.To solve these problems,the idea that a linear system is adopted as the consequent part of a fuzzy rule has evolved into the T-S model[1],which becomes quite popular today. Time delays are common in engineering?eld and are a source of instability and poor performance even in a nonlinear mode,so there are many results to deal with time delay problem[2,3].With de-velopment of computer,the discrete system has attracted great attention[4～7],and the fuzzy control has been extended to nonlinear time delay discrete system,but research results are too limited for reference.The robust stabilization of linear system in[4]is discussed by using LMI techniques.The stability of nonlinear system is considered by using fuzzy control[2,8,9],in which the consequent part of T-S model is linear normal system without uncertainties.In[2]the analysis and synthesis problem is investigated including continuous and discrete time delay systems,but there is only time delay part in the T-S model.The fuzzy robust tracking control is discussed in[10]for uncertain nonlinear system, the parametric uncertainty is employed to the consequent part of the T-S model,and so the T-S model can represent the original system exactly.However,it does not apply the method to the discrete time delay system.In[11],the stabilization problem is discussed for a class of nonlinear discrete systems with parameter uncertainty,without considering the time delay term. So far the class of nonlinear time delay discrete systems have not yet been discussed by using the T-S fuzzy control method,but time delay and uncertainty occur in practical engineering?eld.Based on these intentions,in this paper,the robust stabilization problem will be considered for nonlinear time delay discrete systems.And it will be shown that this stabilization problem is equivalent to the solvability of a certain linear matrix inequality.Finally,an illustrative example of truck-trailer will show the feasibility of the proposed method. 2Problem formulation The consequent part of T-S model has exact mathematics description,so the fuzzy T-S model as in[12]is used in this paper.The i th rule of the fuzzy model for the nonlinear discrete system is of the following form: Plant Rule i:If z1(k)is F i1,···,and z n(k)is F i n then x(k+1)=(A i+?A i)x(k)+A1i x(k?τ)+(B i+?B i)u(k) y(k)=C i x(k),i=1,···,q(1) doi：10．3969/j．issn．1671-1041．2011．03．003 基于补偿控制大滞后过程控制系统研究 孟苹苹，谢文滔 （西南石油大学，成都610500） 摘要：在工业过程控制中，传统PID控制方式用于较复杂被控对象时，在超调量与稳定性等方面都难以获得令人满意的结果。本论文以内模控制器作为研究对象，完成了内模控制器中低通滤波器的设计与Matlab仿真研究，得到了不同情形下的频率特性曲线，同时，通过与传统PID控制对比，对不同类型控制方式的特点进行了分析研究，得到了有意义的研究结论，对实际工业过程控制具有一定实用参考价值。 关键词：内模控制；大滞后过程；Matlab仿真；PID控制 中图分类号：TP273文献标志码：A Research on process control system of large time delay based on compensation control MENG Ping-ping，XIE Wen-tao （Southwest Petroleum University，Chengdu610500，China） Abstract：In industrial process control，when PID control，a traditional control model was applied to some complicated controlled objects，usually control effect is not satisfied as good as expected．In this paper，by focusing study on internal model controller，design and Matlab simulation of the low-pass filter，a very important component in the internal model controller were completed．Amplitude and frequency characteristic curve were drawn under different cases．By compared with PID in controlling characteristics，meaningful conclusions were conducted which might be applicably valuable to in-dustrial process control in practice． Key words：internal model control；great lag process；Matlab simulation；PID control 0引言 过程控制技术近年来发展迅速，特别是在计算机，网络通信和先进控制理论的带动下，过程控制的检测，执行仪表及控制系统日益向智能化方向发展［1］。 在化工、炼油、冶金等一些复杂工业过程中，广泛存在着较大的纯滞后。纯滞后往往是由于物料或能量需要经过一个传输过程而形成的，这类时间滞后系统的控制是世界公认的控制难题。由于纯滞后的存在，使得被控量不能及时地反映系统所受的扰动，从而产生明显的超调，使得控制系统的稳定性变差，调节时间延长。 传统的过程控制系统中，主要运用传统的PID控制，Smith控制，对于被控对象简单的系统，可以得到预期的效果，但是遇到大滞后的被控对象，其控制效果难以达到预定的效果，对于滞后系统，其τ/T＞0.5，在这种情况下，就需要提出一种先进的PID控制器，使其在大滞后环境下，也能得到预期的控制效果。在本文中采用直流无刷电机作为被控对象［2］，通过仿真说明采用内模控制的电机系统控制精度高、响应快、稳定性和鲁棒性良好。 1内模控制技术［3-4］ 1．1内模控制技术简介 内模控制是在模型没有误差，而且可得到这个假设条件下的理想反馈控制。内模控制系统的典型框图如图1所示。 图1内模控制结构图 在实际工作中，模型与实际过程总会存在误差。针对上述情况，设计内模控制器时可首先将过程模型作因式分解如下： G ^ p （s）=G ^ p+ G ^ p－ （1） □研究报告□仪器仪表用户 8 EIC Vol．182011No．3欢迎光临本刊网站http：//www．eic．com．cn《过程控制系统》-时间滞后控制系统
第七章 时间滞后控制系统
Time-delay control system
2016年4月
东北大学
第七章 时间滞后控制系统
7.1 7.2 7.3
概述 改进型常规控制方案 大滞后预估补偿方案 采样控制 三种方案比较
7.4
7.5
《过程控制系统》
7.1 概述
滞后时间对控制质量的影响： 当纯滞后存在于扰动通道时，仅使系统的输出对扰动的反应延迟了一 个纯滞后时间； 当容量滞后存在于扰动通道时，容量滞后时间越大，系统抗干扰能力 越强。 当控制通道存在纯滞后时，调节器的控制作用将要滞后一个纯滞后时 间，从而使超调量增加，被控参数的最大偏差增大，引起系统的动态指 标下降，并且纯滞后时间的增大，也不利于闭环系统的稳定性； 控制通道的容量滞后同样会造成控制作用不及时，使控制质量下降， 但是容量滞后的影响比纯滞后的影响和缓。若引入微分作用，对于克服 容量滞后对控制质量的影响有显著的效果。 过程纯滞后对控制质量的影响，取决于 τ
T
的大小。
通常，当 τ T > 0.5 时，应作为大纯滞后过程，这时常规控制往往不能满足控制需求。
《过程控制系统》
7.2 改进型常规控制方案
7.2.1
微分先行控制方案 中间反馈控制方案
7.2.2
《过程控制系统》
7.2.1 微分先行控制方案(differential forward control)
微分先行控制系统， 其随动特性和抗干扰特性 分别为： Y ′( s ) Wc1 ( s )Wo ( s ) = R ( s ) 1 + Wc1 ( s )Wc 2 ( s )Wo ( s ) Y ′( s ) Wo ( s ) = F ( s ) 1 + Wc1 ( s )Wc 2 ( s )Wo ( s ) 常规PID控制系统，其随动特 性和抗干扰特性分别为： Y ( s) Wc1 ( s )Wc 2 ( s )Wo ( s ) = R( s ) 1 + Wc1 ( s )Wc 2 ( s )Wo ( s ) Y (s) Wo ( s ) = F ( s ) 1 + Wc1 ( s )Wc 2 ( s )Wo ( s )
R E
R
E
-
Wc1 ( s ) 1 K c (1 + ) Ti s
Wc 2 ( s ) 1 + Td s
F
Wo ( s ) Wo′ ( s )e ?τs Y
常规PID控制方案
Wc1 ( s) 1 K c (1 + ) Ti s F Wo ( s ) Wo′ ( s )e ?τs Wc 2 ( s) 1 + Td s Y′
-
微分先行控制方案
常规PID控制系统和微分先行控制系统 具有相同的特征方程，可见，两系统过渡 过程的动态稳定性相同.循环水处理方案
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