【正文】 從經(jīng)驗(yàn)上講，當(dāng)被控對象的時(shí)滯與其瞬態(tài)過程時(shí)間常數(shù)之比大于 ，被控系統(tǒng)應(yīng)按純滯后系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 ?? ??URURUUUU )()(?? （ 48） 由 (46),( 47),( 48)三式綜合計(jì)算的出如表 42所示的模糊判決表，在實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制中，只要根據(jù) E和 EC即可由此表查 出相應(yīng)的 U，從而求出相應(yīng)的控制量 u1。 模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì) 當(dāng) ?)(te ，系統(tǒng)采用模糊控制。 21 4 純滯后系統(tǒng) 在控制中的應(yīng)用 本章介紹了常規(guī)模糊控制器在純滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了具體的控制器。（ 如圖 38）表示其中一個(gè)加熱段的溫度控制系統(tǒng)。采用 （如圖 34）所 示的 Smith 預(yù)估控制系統(tǒng)成功 地解決了這一問題。 例 31史密斯預(yù)估器在純滯后礦倉料位控制中的應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)的燒結(jié)廠中，混合料倉料位參數(shù)的準(zhǔn)確控制是平衡和穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)的重要手段。 微分先行和中間微分反饋方法都能有效地克服超調(diào)現(xiàn)象，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，而且不需特殊設(shè)備。 常規(guī)控制系統(tǒng) 在純滯后系統(tǒng)控制中，為了充分發(fā)揮 PID 的作用，改善滯后問題，主要采 用常規(guī)PID的變形形式：微分先行控制和中間微分控制。 從理論上講， Smith 預(yù)估控制能克服大滯后的影響。 離散史密斯算法可以由連續(xù)算法直接得來 : * ()() 1 ( ) ( ) (1 )dDsDz D s H z z ?? ??, d h?? ( 121) 其中 1( ) [ ( ) ]hs peH z Z H ss ???? D(z)為根據(jù) H(z)而設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器脈沖傳遞函數(shù)，當(dāng)然， D(z)可以是簡單的 PID算法。盡管控制器振鈴節(jié)點(diǎn)可以被一個(gè)過程零點(diǎn)所抵消，系統(tǒng)輸出不受振鈴影響，但振鈴會(huì)使執(zhí)行機(jī)械損壞。 例 11 已知某控制系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)為 1)( ?? ?seSG sc。如果選擇 1??? ，則有振鈴現(xiàn)象。它的定義是：控制器在單位階躍輸入作用下，第零次輸出幅度與第一次輸出幅度之差值。 1） 大林算法中 D(z)的基本形式 ： 設(shè)被控對象為帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為1)( 1 ?????sc KesG （ 13） )1)(1()( 21 ????ss KsGsec ??? （ 14） 其中 為被控對象的時(shí)間常數(shù)， NT?? 為被控對象的純延遲時(shí)間，為了簡化，設(shè)其為采樣周期的整數(shù)倍，即 N為正整數(shù)。在一些實(shí)際工程中，經(jīng)常遇到純滯后調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它們的滯后時(shí)間比較長。 （ 2） 檢測困難 。 對于大多數(shù)工藝過程，所測得的反應(yīng)曲線常常 （ 如 圖 12） 所示。 這在成份分析儀表及質(zhì)量儀表中較常見。純滯后環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系（如圖 11）所示 : 3 圖 11純滯后環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系 除過程本身的純滯后以外，多 個(gè)設(shè)備串聯(lián)也會(huì)引起系統(tǒng)的純滯后。因此，這樣的過程必然會(huì)產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和需要較長的調(diào)節(jié)時(shí)間。根據(jù) 純滯后控制系統(tǒng)的基本特點(diǎn)和純滯后控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及純滯后控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定等基礎(chǔ)知識，并通過實(shí)例 常規(guī)模糊控制器在純滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用來理解和深化對 純滯后控制系統(tǒng)的理解。但總的來說，當(dāng)系統(tǒng)滯后時(shí)間較小時(shí)，只要我們設(shè)計(jì)時(shí)給予充分的考慮就可以了。這 時(shí) 實(shí)際的控制效果不會(huì)與設(shè)計(jì)要求相去甚遠(yuǎn)。 2 1 純滯后理論概述 純滯后相關(guān)定義 及其工藝過程 純滯后 相關(guān)定義 所謂純滯后是一種時(shí)間上的延遲，這種延遲是從 引起動(dòng)態(tài)要素變化 的時(shí)刻到輸出開始變化的時(shí)刻 的 這一段時(shí)間。所以，含有純延遲的過程被公認(rèn)為是較難控制的過程，其難控制程度隨著純滯后時(shí)間與整個(gè)過程動(dòng)態(tài)時(shí)間參數(shù)的比例增加而增加。例如，在生產(chǎn)過程中常有這樣的操作情況：一個(gè)流水作業(yè)線或物料加工過程終端產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)是用改變作業(yè)線起始端的輸入物料調(diào)節(jié)的。這種純滯后一般有兩種 :一種是取樣脈沖導(dǎo)管太長而引起的純滯后，另一種是測量系統(tǒng)中取樣后進(jìn)行處理分析和切換等待的 時(shí)間所造成的純滯后(可達(dá)數(shù)分鐘以上 )。 （ a）穩(wěn)定的工藝對象 （ b）不穩(wěn)定的工藝對象 圖 12反應(yīng)曲線 （ 3） 變純滯后 在一些工藝過程中，純滯后時(shí)間 ? 是一個(gè)變數(shù)，這樣的工藝過程稱為變純滯后工藝過程。 （ 3） 過程噪聲難以消除或限制在許可的范圍以內(nèi) 。對于這樣的系統(tǒng)，往往允許系統(tǒng)存在適當(dāng)?shù)某{(diào)量，以盡可能地縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。 由于大林算法的設(shè)計(jì)目 標(biāo)是使整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相當(dāng)于一個(gè)帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié) ,即 : 1)( ??? ?ses s? ? 其中 ? =NT,由于一般的對象均與一個(gè)零階保持器相串聯(lián)，所以相應(yīng)的整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為 ： 111)1(]11[)()()(????????????????zeezseseZzRzCzxTxTNN T STS? （ 15） 于是數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)為 ： ])1(1[)1()(1)](1[)()()(111???????????????????NXTXTxTNzezeezzGzzGzzD （ 16） D(z)可由計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。 已知數(shù)字控制器脈沖傳遞函數(shù)的一般形式可寫為 ： （ 19） 其中 （ 110） 控制器輸出幅度的變化取決于 Q(z)，當(dāng)不考慮 （它只是輸出序列延時(shí)）時(shí)，則 Q(z)在階躍脈沖作用下的輸出為 故可求出振鈴幅度 （ 111） 振鈴現(xiàn)象產(chǎn)生的根源在于 Q(z)中 z = 1附近有極點(diǎn)。由此可見，當(dāng)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù) ? 大于或等于被控對象的時(shí)間常數(shù) 1? 時(shí)，即可消除振鈴現(xiàn)象。 試用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器 D(z)。在多變量系統(tǒng)中，振鈴還可能威脅到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而限制了其應(yīng)用。采用史密斯預(yù)估控制器的直接數(shù)字控制系統(tǒng) （如圖 17） 。但是由于 Smith 預(yù)估器需要知道被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，而實(shí)際中往往很難獲得對象的精確數(shù)學(xué)模型，故在應(yīng)用中總存在模型的不匹配。微分先行控制和中間微分控制都是為了充分發(fā)揮微分作用提出的。因此，這兩種控制形式都具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。礦倉料位系統(tǒng)的工藝流程（如圖 33 ）所示。 圖 34 Smith 預(yù)估控制系統(tǒng) 如圖 35表 明料位波動(dòng)都在 3 %以內(nèi)。 圖 38加熱段的溫度控制系統(tǒng)。利用了二階純滯后慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。模糊控制器的輸入為 E 和 EC，輸出為 U。 PI控制規(guī)則設(shè)計(jì) 當(dāng) )( ?te 時(shí)，采用傳統(tǒng)的 PI控制，控制器輸出為 ： 24 ))(1)(()(02 ????kip ieTkekku （ 49） 實(shí)際計(jì)算機(jī)仿真中，采用增量型的數(shù)字 PI形式，控制器輸出為： )()]1()([)1()( 22 kekkekekkuku ip ?????? （ 410） 系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn) 仿真對象模型的離散化 帶有純滯后的二階慣性環(huán)節(jié)的一般傳 遞函數(shù)為 : )1)(1()( 21 ????STST KesGs? （ 411） 式中 ? 為純滯后時(shí)間 。 （ 2）滯后控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本部分系統(tǒng)講述了滯后控制系統(tǒng)