大纯滞后过程的采样控制及其工程实现中的若干问题
大纯滞后过程特性Smith预估控制
过程控制系统课程设计题目之十三大纯滞后过程特性Smith 预估控制对于一个大纯滞后过程特性的对象：s PC e s s s G 10)12)(3(1)(-++=，试设计一个Smith 预估控制系统，并用SIMULINK 和MATLAB 程序仿真实现。
当系统设定值R(s)为1时，调整PI 参数，使过渡过程尽可能满意。
（假设检测变送环节的传递函数为1）；比较在预估模型有偏差时，在相同的输入条件下，与预估模型无偏差情况的仿真结果；如果系统有扰动信号F(s)为单位阶跃信号或SINS 信号时，比较系统的仿真结果；如有可能，再试设计一种改进的Smith 预估器。
实验报告要求： 1、供系统仿真图；2、按照题目要求，给出每个实验的仿真结果图；3、根据以上仿真结果，分析)(s G PC 有滞后与无滞后情况下，PI 参数整定的特点。
大纯滞后过程特性Smith预估控制摘要：Matlab 是一套高性能的数值计算和可视化软件。
它集数值分析、矩阵计算、信号分析与图形显示为一体，构成的一个方便的、界面友好的用户环境。
历经二十几年的发展和竞争，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。
Matlab 最突出的特点就是简洁、它用直观的、符合人们思维习惯的代码、代替C 语言和FORTRAN 语言的冗长代码。
为此，Matlab 获得了对应用学科的极强适应力。
在国内外高校、Matlab 已成为大学生，硕士生、博士生必须掌握的基本技能。
在设计研究学位和工业部门，Matlab 已经成为研究和解决各种具体工程问题的一种标准软件。
Matlab 软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。
利用Matlab 这个最优秀的科技软件，把计算机技术与信号分析紧密地结合起来，对信号进行分析处理仿真研究，经实例验证，取得了非常好的效果，具有一定的实用价值。
本文控制系统为研究主体，提出一种Smith 预估控制算法，通过设计自适应非线性反馈回路来自适应调节参数，从而满足对象参数大幅度变化的要求。
第1章过程控制系统概述习题与思考题
第1章 过程控制系统概述习题与思考题1.1 什么是过程控制系统，它有那些特点？1.2 过程控制的目的有那些？1.3 过程控制系统由哪些环节组成的，各有什么作用？过程控制系统有那些分类方法？1.4 图1.11是一反应器温度控制系统示意图。
A 、B 两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器的温度保持不变。
试画出该温度控制系统的方框图，并指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数变化的扰动有哪些？1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。
汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。
水位过高，会使蒸汽带液，降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备；而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。
因此，必须对汽包水位进行严格控制。
图1.12是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：1）画出该控制系统方框图。
2）指出该控制系统中的被控过程、被控参数、控制参数和扰动参数各是什么。
3）当蒸汽负荷突然增加，试分析该系统是如何实现自动控制的。
V-1图1.12 锅炉汽包水位控制示意图1.6 评价过程控制系统的衰减振荡过渡过程的品质指标有那些？有那些因素影响这些指标？1.7 为什么说研究过程控制系统的动态特性比研究其静态特性更意义？1.8 某反应器工艺规定操作温度为800 10℃。
为确保生产安全，控制中温度最高不得超过850℃。
现运行的温度控制系统在最大阶跃扰动下的过渡过程曲线如图1.13所示。
1）分别求出稳态误差、衰减比和过渡过程时间。
2）说明此温度控制系统是否已满足工艺要求。
T/℃图1.13 某反应器温度控制系统过渡过程曲线1.9 简述过程控制技术的发展。
1.10 过程控制系统与运动控制系统有何区别？过程控制的任务是什么？设计过程 控制系统时应注意哪些问题？第3章 过程执行器习题与思考题3.1 试简述气动和电动执行机构的特点。
3.2 调节阀的结构形式有哪些？3.3 阀门定位器有何作用？3.4 调节阀的理想流量特性有哪些？实际工作时特性有何变化？3.5 已知阀的最大流量min v q =50m 3，可调范围R=30。
面向复杂纯滞后系统的智能控制系统研究
面向复杂纯滞后系统的智能控制系统研究。
引言在化工和热工的工业过程控制中，物料或能量的传输和变送延迟会导致控制对象具有纯滞后性。
这种纯滞后性常因控制系统输出的超量导致目标系统控制指标产生超调或振荡。
因此，纯滞后系统的控制过程相对复杂。
典型的纯滞后系统有液晶玻璃窑炉⑴的复杂多点加热及恒温控制系统、硅溶胶反应釜的温度控制系统⑵以及注塑控制系统里的温控系统［3］。
随着产能需求的增加，为了提升玻璃、硅溶胶、树脂等物料的加工量，原本原料的单通道流入变成双通道甚至多通道，并同步增加了加工腔体的容量和温控能力。
规模化生产企业里多套加工设备的生产能力不同，会按照设备各自设置的温控指标以及原料注入流量进行非持续生产。
多台设备还需要保证一致特性的合料。
因此，传统基于可编程逻辑控制器(PrOgrammabIelogiCContrOller, PLC)和各种比例积分微分(PrOPC)rtional integral differential, PID)算法的面向单设备的电气控制系统，将无法很好地满足这类快速、大规模的复杂纯滞后系统的应用要求。
具体问题表现为：①为了实现自适应控制算法(如改进PID),采用神经网络⑷或者模糊算法［5-6］,但主流控制器件PLC作复杂运算的能力不足；②由于不同厂家的硬件专有性和封闭性，使得扩展和程序移植都比较困难［力；⑨PlD调参需要较复杂的过程，无法快速同步设备的工作状态［8］,包括控制指标下达以及控制参数的调整，给生产过程管理带来困难。
利用软PLC的控制系统设计［9］无法从根本上解决不同PLC之间不兼容、不能快速替换的问题，而基于工业物联网应用技术可以快速实现数据的分布式运算与集中控制口O-11］。
通过创新性结合工业大数据应用技术［12］,本文提出了1种通用的、面向大规模复杂纯滞后系统的云端联合智能控制系统，并在其基础上给出了具体的应用验证结果。
1复杂纯滞后系统结构单输入型纯滞后控制对象工作过程通常是单口投料，通过流量测量变送，经可控制阀门进入加工腔体。
滞后系统的控制方法
3科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008NO .27SC I ENCE &TECH NO LOG Y I NFOR M A TI O N 学术论坛在工业生产过程中,被控对象往往不同程度的存在着纯滞后。
由于纯滞后的存在,使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动,即使测量信号达到调节器,调节机构接受调节信号立即动作,也需要经过纯滞后时间t 以后,才波及被控量,使之受到控制。
因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和较长的调节时间。
所以,具有纯滞后的过程被公认为是较难控制的过程,其难控制程度将随着纯滞后t 占整个过程动态的份额的增加而增加。
一般认为纯滞后时间t 与过程的时间常数T 之比大于0.3则说明该过程是具有大迟延的工艺过程。
当t /T 增加,过程的相位滞后增加,使上述现象突出,可能引起系统的不稳定,被调量超过安全线,从而严重影响生产过程的控制品质及危及人身安全。
因此滞后系统的控制一直受到人们的关注,成为重要的研究课题之一。
1常规控制方法目前,对于大滞后的过程有很多解决的方法。
最简单的是利用常规调节器适应性强、调节方便的特点,经过仔细地调整,在控制要求不太苛刻的条件下,满足生产过程的要求。
1.1PI D 控制方案图1所示的是PI D 控制方案,微分环节的输入是对偏差做了比例积分运算后的值。
因此,实际上微分环节不能真正起到对被控参数变化速度进行校正的目的,克服动态超调的作用是有限的,该方案给定和扰动的闭环传递函数分别为:(1)滞后系统的控制方法蔡文镇(福建理工学校福州350002)摘要:本文对滞后系统的控制方法进行了研究。
首先介绍了几种常规控制方法的优越性及局限性,进而提出了为了满足高控制精度的采样控制和预测控制两种方法。
关键词:滞后控制PI D 中图分类号:TB 4文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2008)09(c )-0223-02(2)1.2微分先行控制方案微分作用的特点是能够按被控参数变化速度的大小来校正被控参数的偏差,它对克服超调现象能起很大作用。
过程控制系统习题解答
《过程控制系统》习题解答1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。
答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点：1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点：1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统2、计算机系统开始运用于过程控制3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制）4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点：1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用4、集散控制系统的广泛应用第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点：1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。
1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点为什么说过程控制的控制过程多属慢过程过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。
一、连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。
若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。
大林控制算法实验报告
一、实验目的1. 理解大林控制算法的基本原理及其设计过程。
2. 掌握大林控制算法在计算机控制系统中的应用。
3. 通过实验验证大林控制算法在解决纯滞后系统控制问题上的有效性。
二、实验原理大林控制算法（Dahlin Control Algorithm）是一种针对具有纯滞后特性的控制对象而设计的新型控制算法。
该算法的核心思想是将期望的闭环响应设计成一阶惯性加纯延迟形式，然后通过反向设计得到满足这种闭环响应的控制器。
对于具有纯滞后特性的被控对象，其传递函数可以表示为：\[ G(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]其中，\( K \) 为系统增益，\( T_s \) 为采样周期，\( T \) 为纯滞后时间。
大林控制算法要求选择闭环传递函数 \( W(s) \) 时，采用相当于连续一阶惯性环节的 \( W(s) \) 来代替最少拍多项式。
如果对象有纯滞后，则 \( W(s) \) 应包含有同样的纯滞后环节。
带有纯滞后的控制系统闭环传递函数为：\[ W(s) = \frac{K}{T_s s + 1} \cdot e^{-\frac{s}{T}} \]根据大林控制算法，可以设计出满足期望闭环响应的数字控制器 \( D(z) \)：\[ D(z) = \frac{K_1 e^{-\frac{1}{T}}}{(1 - e^{-\frac{1}{T_1}}) (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})} \cdot \frac{1}{[1 - e^{-\frac{1}{T_1}} (1 - e^{-\frac{1}{T_2}})] (1 - e^{-\frac{1}{T} z^{-1}})} \]其中，\( K_1 \)、\( T_1 \) 和 \( T_2 \) 为大林算法的参数。
三、实验仪器1. MATLAB 6.5软件一套2. 个人PC机一台四、实验步骤1. 启动MATLAB软件，创建一个新的脚本文件。
大纯滞后在对象控制方法应用研究
大纯滞后在对象控制方法应用研究摘要：针对一般工业过程中存在的大纯滞后问题，提出了一种克服大纯滞后的预测控制方法。
利用递推最小二乘法进行参数估计，获得对象的一阶简化模型,提出了一种Smith预估神经元控制器设计方法，再用构建的神经网络预测模型预测出未来相应时刻的系统输出，然后用该输出来调整当前时刻的控制量，从而达到预期的控制目的,仿真结果验证了该方法的有效性。
关键词：神经网络；预测控制；大纯滞后0 前言一般工业过程中都具有非线性大纯滞后的特点，特别是滞后较大(即额定滞后S/T>0.5)的系统,常规控制往往无能为力。
采用Smith控制是解决对象大纯滞后问题的有效方法，但它需要建立对象的精确的数学模型，而且鲁棒性和抗干扰能力较差，面向对象的神经元模型及其学习算法具有算法简单、适应性好等优点，但是对于大纯滞后过程，由于被控量的偏差不能及时反映控制量的变化影响了神经元的控制效果。
预测控制是上世纪70年代兴起的一种新控制算法，在工业上已被广泛应用，其主要思想是：在当前时刻，基于过程的动态模型预测未来一定时域内每个采样周期（或按一定间隔）的过程输出，即可以根据当前的输入预测未来多个时刻的输出，从而根据控制要求调整下一时刻的控制量，有利于对纯滞后系统的控制，将预测函数控制应用于大纯滞后温度控制系统，减少了稳态静差，但超调量偏大，要有一种具有自补偿功能的非线性预测反馈校正法，提高了系统的鲁棒性，但该方法限于纯滞后时间已知的情况下，对于纯滞后参数未知或者改变的情况未加讨论。
根据上述情况提出一种用神经网络辨识系统的滞后时间参数，用预测控制算法实现对大纯滞后对象的控制方法。
其中预测模型是用神经网络逼近被控的动态对象而建立的，从而无需知道系统的精确数学模型。
1 神经元模型及控制系统1.1神经元模型针对将神经网络直观套用于自动控制中存在的局限性,提出了一种面向控制的神经元模型它的输出u(t)可以表示为u(t)=K∑wi(t) xi(t) (1)式中：K>0，为神经元的比例系数；xi(t)为神经元的n个输入状态；wi(t)为相应于xi(t)的加权值；wi(t)由某种学习算法确定。
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大纯滞后过程特性Smith预估控制摘要：Matlab 是一套高性能的数值计算和可视化软件。
它集数值分析、矩阵计算、信号分析与图形显示为一体，构成的一个方便的、界面友好的用户环境。
历经二十几年的发展和竞争，现已成为国际公认的最优秀的科技应用软件。
Matlab 最突出的特点就是简洁、它用直观的、符合人们思维习惯的代码、代替 C 语言和 FORTRAN 语言的冗长代码。
为此，Matlab 获得了对应用学科的极强适应力。
在国内外高校、Matlab 已成为大学生，硕士生、博士生必须掌握的基本技能。
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Matlab 软件广泛用于数字信号分析，系统识别，时序分析与建模，神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。
利用Matlab 这个最优秀的科技软件，把计算机技术与信号分析紧密地结合起来，对信号进行分析处理仿真研究，经实例验证，取得了非常好的效果，具有一定的实用价值。
本文控制系统为研究主体，提出一种 Smith 预估控制算法，通过设计自适应非线性反馈回路来自适应调节参数，从而满足对象参数大幅度变化的要求。
关键词：Matlab；纯滞后；Smith 预估控制器；SimulinkPure time-delay system control algorithm of SmithAbstract：Matlab is a software.of high performance of numerical calculation and visualization It get numerical analysis, calculation and signal analysis and graphic display together, constitute a convenient, interface, user friendly environment. After 20 years of development and competition, has become internationally recognized the best technology application software. The most prominent feature of Matlab is concise, it use the people's thinking and habits of the visual code, instead of C language and FORTRAN language lengthy code.So, Matlab acquire the subject of application for science. Matlab,has become acollege students’, masters’ or doctors’ basic skills which must be grasp of both at home and abroad ,. In the design research degree and industrial department, Matlab has become the research and solve specific engineering problems are a standard software. Matlab software widely used in digital signal analysis, system identification, timing analysis and modeling, neural network, dynamic simulation, etc in a wide range of applications. The best use of Matlab software technology, computer technology and signal analysis closely together, the signal analysis simulation, and achieved very good results since it has certain practical value. This control system as a main body of research, and put forward a kind of Smith prediction control algorithm, and adapt to adjust the parameter through the design adaptive nonlinear feedback loop, and meet the requirements of an object parameter changes greatly.(1)由(3)(1)由 (3)(4)(5)②具有纯滞后环节对控制效果的影响4滞后时间为10，PI参数保持不变，阶跃输入信号可见使用整定的控制器无法正常工作。
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定的新方法， 分析了采样控制的质量， 指出了在工程实施应 考虑的若干问题。 6 7 ( + & 1 5 + $ % &’ & () * & ( , * ’ -, ’% &. & / % 0 ’ * 1 ., 21 0 . 3 * ’ + + 4 / , ’ 5 , 3 * 1 1 0 & 6 0 ’ 6’ & (. & % , 6 2 , 5 6 & & 5 . * ’ * ’ % &+ 0 5 0 . & & 5 1 4 , 2 / , ’ 5 , 3 3 & 5 * 1 * ’ 5 , 6 7 / & 6 8 $ % & 7 0 3 * , 2 1 0 . 3 * ’ / , ’ 5 , 3 * 1 0 ’ 0 ; 9 : + 4 3 < & 6 0 ’ 6 1 , . & * 1 1 7 & 1 , = & / , ’ 1 * 6 & 5 & 6 * ’ & ’ * ’ & & 5 * ’ * . 3 & . & ’ 0 ; : 4 4 + * , ’0 5 & * ) & ’ 8 4
《自动化仪表》 第# !卷第C期 # " " "年C月
大纯滞后过程的采样控制及其工程实现中的若干问题
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当控制器偏差输入为阶跃变化时， 采样控制器输 出特性如图E所示。开关接通瞬间， 控制部分的输出 按偏差输入 - 成比例变化’/ 其后在在线采样时间 -， 内按比例积分规律输出： $ + ,
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万方数据
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若被控对象的稳态增益系数为 $ ， 在第一个采样 周期内， 随动系统工作状态下， 则应有
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万方数据
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《自动化仪表》 第( "卷第*期 ( % % %年*月 由于 ! 已 初 步 确 定， 且# 为 已 知 数， 其比值 ! " $ ／% 就可以计算出来。然而， 这个比值中的 # 还与 # "! " 动态补偿作用强弱有关。通过作图法得知， 这个比值 值的大小 即使为常数， 对动态补偿作用却不一样。 ! % 不仅影响动态补偿项梯形波的斜率， 而且对动态补偿 作用影响很小， 但# 却影响很大， 越大超前补偿作 # " " 用越强， 其取值原则将在下面工程实施讨论中予以说 明。
图! 调节操作及过程输出响应曲线
" * @ ! % ! & & & &" $ A # )! (" # )!
图# 采样控制系统框图
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如果操作中发现温度偏离设定值 # 对应的温 ?， 度变送器输出变动值为 " 这时操作员就在手操 B # . >， 器当前输出值下改变 " 。由于在纯滞后时间内 B # C . > 被控过程输出不会改变， 为了避免不必要的误操作， 操 作员需要等待!DE （ ） 后， 看其 ("F! "DEGAF# #. * ’ 操作效果： 过程输出趋于稳定， # ? 的变化基本被克服，
图! 采样控制器输出特性
定值上。现考虑随动系统工作情况， 当系统在设定值 系统输出 + 的最理想响应应该 * 作阶跃 ! * 输入时， 以较快的速度跟踪， 即超调量要小， 恢复时间要短。为 则采 了使输出 + 不发生振荡又能较快地达到设定值， 样控制器最好在一个采样周期内就使输出稳定在设定 （ 仍 值， 在以后的第二、 三……周期时控制器输出 ! "） 是稳定在原输出上而不再改变。从前面讨论控制器的 特性知道， 其动态输出和稳态输出都与 $ ，" ， 和 % ! %" ( 因为 ) 这*个参数有关。采样周期 ) 比较容易确定， 纯滞后时间! 是无法消除的， 所以输出 + （ ） 必然先经 " 过一个纯滞后!， 然后应以最快的速度向设定值逼近。 若考虑在一个采样周期后就达到稳定， 则采样周期必 然需要比纯滞后时间 ! 长一点， 而这长一点的时间是 （ 开始变化并要稳定在设定值上， 这个时间长 输出 + "） 短与被控对象时间常数 " 相对动态补偿要求有关。 # 若仅用稳态补偿控制作用， 再经过 ! 时间就可达到 " # 若再加上超前的动态补偿作用， 可能有一个 + , ,! *， 时间就可以了。因此， 我们取采样周期 （" " ) -!. # ） 。 & ! " # 对于在线采样时间 ! ， 它的取值与被控过程的 " % 时间常数" 关系很大， 而且它对动态补偿作用影响亦 # 大。通过各种试验得出， 对于可近似为一阶纯滞后对 象， 可取其时间常数" 的" 而对于高阶对象， # , 左右， # 由于阶跃响应曲线的起始部分变化比较缓慢， 可 ! " % 取偏大一些。剩下的问题是如何确定 $ 和" 。由于 % ( 采样控制器的积分保持值， 即被控过程的稳态输入为 （ !% "） #
9 采样控制器的特性
为了说明采样控制系统的控制机制及采样控制器 应具有的功能， 先观察人工控制大纯滞后过程是怎样 进行 的。 例 如， 一 个 温 度 被 控 过 程， 仪 表 采 用 "! 温度测量变送器量程为 " 广义 ! " . > 信号制， ! ! " " ?， 对象的传递函数为
% ! & （ ） （ ） ! "#& $ " # $!
8 引言
以往对大纯滞后过程的采样控 制进 行 过 许多 研 讨， 对其优点都给予了肯定并有不少实际应用， 但对它 的控制机制认识还不够， 理性的多实质性少， 分析设计 上有缺欠， 参数整定上给出的不尽合理， 致使实际应用 中控制效果不够理想。我们从采样控制产生的思想分 析其控制机制、 设计方法及工程实践中应考虑的若干 问题， 使采样控制更加合理。
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式中： 为控制部分的静态放大倍数； 为控制部分 $ " % ( 的积分时间。同时， 因开关经过 ! 后立即断开， 控制 " % 部分的输入 & 去除， 因此其比例作用项 $ 积 & 消失， % 分作用也停止， 仅保留积分作用项 （$ ／(） ! " & 直到 % %" 下一次开关闭合， 新的采样周期开始。由于偏差 & 继 续存在， 下一个采样周期开始瞬间控制部分的输出是 在保持值 （$ ／(） ! " & 基础上重复上述比例积分过 % %" 程。新的保持值为% （$ ／(） ! " &。 % %" 下面分析这种采样控制器输出规律特点及其在控 制过程中完成的功能： 时间内控制器输出的是一个梯形波， 其 " 在! " % 作用强度与输入偏差和控制器放大倍数成比例， 具有 很强的超前动态补偿作用， 是完成对被控过程容量滞 越长， 动态补偿作用 后的动态补偿。比例度越小， ! " % 越强， 但可能出现动态过补偿现象。一般整定为欠补 偿， 以增加控制系统的稳定性。这部分的输出特性相 当于常规 & ’ ( 调节器中的微分作用。 以后到下一个采样周期开始 # 在采样时间 ! " % 前 （))! 时间内） 的稳态输出值是 （$ ／(） 在 " ! " &， % % %" 一个采样周期内是保持不变的。它是对被控过程达到 稳态的补偿作用， 类似 & ’ ( 中的比例作用。 $ 采样控制器的积分作用体现在下一个采样周 期的稳态保持值加倍， 按控制器的积分时间定义可知， 采样周期 ) 为采样控制器的积分时间， 而不是控制部 分的积分时间" 。 ( % 由图%的系统结构形式看似为闭环控制系统， 但是在控制过程中闭环时间短， 而开环时间却相对很 长， 在开 环 期 间 控 制 器 的 输 出 为 稳 态 补 偿 作 用 的 值 （$ ／(） 这就保证了大纯滞后过程控制系统的稳 ! " &， % %" 定性。
! 采样控制质量分析及应用
基于对采样控制器特性的分析， 我们对构成系统 进行了仿真研究， 图 ! 为在一个阶跃干扰输入作用下 的采样控制过程曲线。对于系统在定值工作状态下， 由于干扰产生有随机性， 而采样调节器的通断时间， 即 在线采样开始时刻是按照调节器整定好的固有周期在 时间内能否采集到输入信号与采集 工作， 因此在 ! ! " 到多大信号也是随机的， 它不同于一般闭环反馈控制 系统， 后者是只要有反馈信号调节器就有输入。在图 （’） 有一个阶跃变化， 经干扰通 "中设外界干扰输入 & 道( （ ） 对被 控过程扰 动 （ ） ， 如 图 ) ! # 中 所 示。 & ’ " ’ 若采样开关在! 时刻闭合， 虽然被控过程有干扰， 但 " 因 干 扰 通 道 也 有 纯 滞 后， 此时干扰通道无输出 （ ， 控制系统输出 ) （ 没有变化。因此， 这时 )" !） $ % !） （ ， 即偏差输入为零， 调节器不产生控制作 ) !） &*$ % 用。不过， 干扰经过纯滞后以后对输出也产生影响， 可 是调节器经 ! 后就断开输入， 系统的输出就是干扰 ! " （ ） （ ） ， 直到由 经过采样周期 + 通道的输出 ) ! " ! $) ! " 才能采集到输出变化信号， 调节器产生控制作用， 再经 过控制通道纯滞后"时间系统输出开始向设定值靠近 并很快稳定在稳态值， 如图! ’中实曲线所示。如果采 样开关在! 时刻闭合采集到 （ ） （ ） 上升阶段 ) ( " ! $) ! 中该时刻值并产生控制作用， 在控制通道 ! 时间内过 （ ） （ ） ， 在 程输出仍为) ! $) ! 以后才开始下降到相 "! 应值并一直保持到下一个采样周期开始。同时由于存 在! 的滞后仍保持此值， 直到经过第二个 ! 时间以后 才能到达到原稳态值， 如图! )中实曲线所示。由此看 出， 对于克服外界干扰的定值控制系统状态工作， 用两 个采样周期就可完成克服外界干扰影响并无静差。 关于大纯滞后过程的采样控制在实际生产中有不 ［ ］ ,／ 顺酐生产过程为例 ! 少应用。以( ， 在盐点 * + " % -# 温度控制中， 采用了控制熔盐换热器进水流量的方法 来维持出口熔盐温度，间接地保证反应器盐点温度稳 定， 以减少对热点温度的干扰。在这个控制回路中， 由 于通道长、 中间设备多， 使得控制对象严重滞后， 加上 反应器是非线性对象且外界干扰多，难以建立精确的