过程控制课件 第09章

这就是Smith补偿器。 这就是Smith补偿器。 补偿器
9.2 纯滞后补偿的效果
系统方块图整理后， 系统方块图整理后， 实际上把纯滞后环节提到了控制回 路之外，这样纯滞后对控制品质没有影响， 路之外，这样纯滞后对控制品质没有影响，与没有纯滞后的 控制效果一样，只是过渡过程有一个滞后。 控制效果一样，只是过渡过程有一个滞后。
s2
1− e−τ s = 1+
τ
2
τs
s+
τ2
12
s2
1
1+ s 6 = 2• 1 1 1+ ⋅ τ τ s 1+ s 2 6
τ
图9.11是由帕德二阶式所构成的史密斯补偿控制系统： 9.11是由帕德二阶式所构成的史密斯补偿控制系统 是由帕德二阶式所构成的史密斯补偿控制系统：
由图9 由图9-11 求得的传递函数为： 求得的传递函数为：
令
G0 (s) = Gp (s)e
−τs
可得： 可得：
Gc (s)G0 (s) Y(s) = τs R(s) 1+ Gc (s)G0 (s)e
Gc(s)G0(s) eτs
图中， 是在反馈回路上的超前环节， 图中，eτs是在反馈回路上的超前环节，可以预知被控变量 的信号。因此史密斯补偿器又叫预估补偿器 或直接叫做史 预估补偿器， 的信号。因此史密斯补偿器又叫预估补偿器，或直接叫做史 密斯预估器。理论上讲， 密斯预估器。理论上讲，史密斯预估器可以完全克服纯滞后 时间所产生的影响。 时间所产生的影响。 史密斯补偿器的缺点是必须提供精确的数学模型。 史密斯补偿器的缺点是必须提供精确的数学模型。模型 的误差愈大，则补偿的效果愈差。 的误差愈大，则补偿的效果愈差。
第 章 纯滞后补偿控制系统
9. 1 9.2 9.3 纯滞后补偿原理 纯滞后补偿控制的效果 史密斯补偿的实现
9
掌握纯滞后补偿控制的原理和效果；了解史密斯补偿 的实现方法。 重点和难点：纯滞后补偿控制的原理和效果。
控制通道的纯滞后对控制品质影响非常不利。 控制通道的纯滞后对控制品质影响非常不利。 大滞后过程： 大滞后过程：
Y(s) Gc (s)Gp (s)e = R(s) 1+ Gc (s)Gp (s)
Y(s) = F(s) Gf (s)[1+ Gc (s)Gp (s)(1− e−τs )] 1+ Gc (s)Gp (s)
−τs
特征方程相同，且其中不包含纯滞后环节。 特征方程相同，且其中不包含纯滞后环节。提高控制器 的比例放大系数，有利于控制品质的提高。 的比例放大系数，有利于控制品质的提高。
Smith补偿器的加入，将会提高控制品质。 Smith补偿器的加入，将会提高控制品质。 补偿器的加入
此处： 此处：
Gτ (s)=Gp (s)(1−e−τ s )
显然： 显然：
Y2 ≡ 0
Y与Y1的变化情况相同，只是滞后了τ。图9.7与图9.3形式 的变化情况相同，只是滞后了τ 与图9 完全相同，但控制质量更高。 完全相同，但控制质量更高。
在实际应用中，Smith补偿器是与控制器反向并联的 补偿器是与控制器反向并联的， 在实际应用中，Smith补偿器是与控制器反向并联的，它 与图9.4等效 等效， 与图9.4等效，即：
9.3
史密斯补偿的实现
Smith补偿器的实现是关键 Smith补偿器的实现是关键。 补偿器的实现是关键。 补偿器中含有纯滞后环节，模拟仪表很难实现， 补偿器中含有纯滞后环节，模拟仪表很难实现，而用计算 机则容易实现。 机则容易实现。 一般采用纯滞后的近似模型来模拟纯滞后环节。 一般采用纯滞后的近似模型来模拟纯滞后环节。 帕德一阶近似式： 帕德一阶近似式：
对纯滞后进行补偿的原理图： 对纯滞后进行补偿的原理图：
设计一个补偿器， 使并联后的等效传递函数消除纯滞后， 设计一个补偿器 ， 使并联后的等效传递函数消除纯滞后 ， 即 ：
G(s) = Gp (s)e−τs + G (s) = Gp (s) τ
可得： 可得：
G (s) = Gp (s)(1− e−τs ) τ
e−τ s = 1− 1+
τ τ
2 2
s s
=
2 1+
τ2−1 s Nhomakorabea1− e−τ s
1 1 = 2 − τ 1+ s 2
帕德二阶近似式： 帕德二阶近似式：
e−τ s =
1− 1+
τ τ
2 2
s+ s+
τ2 τ2
12 12
s2 s2
=1− 1+
τ
2
τs
s+
τ2
12
τ
T
> 0.5
一般的（容量）滞后过程： 一般的（容量）滞后过程：
τ
T
τ：纯滞后时间
≤ 0.3
T：过程对象的惯性时间常数。 过程对象的惯性时间常数。
9.1 纯滞后补偿原理
假定广义对象的传递函数为： 假定广义对象的传递函数为：
Go (s)=Gp (s)⋅e
−τs
Gp(s)为对象传递函数中不包含纯滞后的那一部分。事实 (s)为对象传递函数中不包含纯滞后的那一部分 为对象传递函数中不包含纯滞后的那一部分。 不包含纯滞后在内的中间参数是不能检测的，也就是说， 上，不包含纯滞后在内的中间参数是不能检测的，也就是说， 上式右侧的两项是较难分开的。 上式右侧的两项是较难分开的。