纯滞后串级控制系统的两级Smith预估补偿
仿真研究表明,对于被控对象无滞后的串级控制系统应用常规PID控制方法将得到很好的控制效果。对于被控制对象含有大滞后的串级控制系统,仅仅应用常规PID控制器其控制效果并不理想[1,2]。虽然在副环中加入Smith预估器后控制效果得到了提高,但并不是很理想。本工作就是在此基础上在外环中又加了个Smith预估器。仿真结果显示,该方案不仅增强了系统的鲁棒性,同时还使系统的超调量大大减小、调节时间大大缩短。1问题的提出在生产过程中,大多数工业对象具有较大的纯滞后时间,这对控制系统的控制性能是极为不利的,它使系统的稳定性降低了,过渡过程特性变坏。当对象的纯滞后时间τ与对象的惯性时间常数Tm之比τ/Tm≥0·5时,采用常规的PID控制器,将很难获得良好的控制性能。对纯滞后对象的控制,常见的控制方式有大林算法和Smith预估控制算法等,其中Smith预估控制算法是一种对大时间延迟系统进行补偿的应用的方法。其原理为,与PID控制器并接一个补偿环节...&
(本文共3页)
权威出处：
随着控制理论的迅速发展，控制系统也相应越来越复杂。近年来，自动控制领域内的研究也吸收了许多系统科学的方法。在控制理论与控制方法的研究中，将多种控制方案相结合来解决问题越来越成为学者们研究的一个热点。本文对常规控制理论中的串级控制和Smith预估补偿控制两种控制方案进行了讨论，引出了利用Smith预估补偿控制特点来解决串级控制系统的副回路中存在大纯滞后环节时，系统控制品质差的问题。主要通过计算机仿真实验的方法并结合了简化的理论推导，验证了此串级-Smith混合系统实现的可行性，同时，对串级-Smith混合系统的性能进行了深入的讨论。在串级控制系统的副回路中引入Smith补偿器，将副回路中的纯滞后补偿到主回路中。一方面，串级控制系统由于副回路的存在和没有纯滞后以后调节速度的大大加快，使纯滞后整个控制系统的影响相对减小，系统的控制品质也就得到了相应的改善。另一方面，由于Smith预估补偿控制系统对补偿控制器与被控对象的数学模型之间的误...&
(本文共68页)
权威出处：
1引言串级控制系统能很快抑制进入副回路的扰动,提高控制品质.同时,它能屏蔽副对象(包括控制阀)的非线性.但传统的串级控制系统中也存在不足,例如,主、副回路的振荡、整定参数多、对大的纯滞后对象控制效果不好[1]等.因此,我们研究了并行串级控制系统[2],系统的结构虽然和串级控制系统类似,但是它们的构筑思想和串级控制系统有很大差别,这对提高系统的控制品质有很大帮助.2系统的结构及原理2.1结构并行串级控制系统方块图如图1所示,是一个单输入,双输出系统,系统具有主、副环,但是副变量不作为主对象的输入,主、副对象是“并行的”.系统的主控制器使主变量跟踪系统设定值,保持系统良好的跟踪性能,副控制器用来克服进入系统的外界干扰.从抗扰动的角度分析,在该系统中副控制器间接充当一个前馈控制器,其抗扰动的原理类似前馈控制,所不同的是:前馈控制系统中扰动必须是可测的,而并行串级控制系统对不可测扰动同样适用.并行串级控制系统能充分利用辅助输出,提高系统...&
(本文共4页)
权威出处：
与单回路回馈控制系统比较，串级控制系统有许多优点.如串级控制系统能改善对象的动态特性、提高系统的控制质量.能迅速克服进人副回路的二次扰动;能提高系统的工作频率以及对负荷变化的适应性较强等等.但是，申级控制系统所用的仪表多，参数整定也比较麻烦。1应用于容t滞后较大的对象当对象的容量滞后较大时.若采用单回路控制，则系统的控制时间长、超调t大，控制质量往往不能满足生产要求。若采用串级控制，则根据对其特点的分析表明，可以选择一个滞后较小的副参数，构成一个副回路，使等效对象的时间常数减小，以提高系统的工作效率，加快反应速度，可以得到较好的控制质量。因此，对于很多以温度或质且参数为被调参数的对象，其容量滞后往往比较大，而生产上对这些参数的控制质t要求又比较高，此时宜采用串级控制系统。例如加热炉出口温度的控制。图l所示为工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为:被加热物料流过排列炉膛四...&
(本文共1页)
权威出处：
说课是教师将教学理念与教学实践相结合,对教学内容、生倦怠心理,给教学带来一定困难。因此,教师要多借助一些直教学过程进行设计,从而提高课堂教学效果、改善教学质量的观的教学手段,运用多种方法丰富课堂教学,激发学生学习兴一项教研活动。说课可以调动教师参加教研的积极性,提升教趣,调动学习积极性。师授课水平,是高校培养青年教师的有效途径[1]。制药过程自动3教学目标化与仪表为我校制药工程专业的主干课程之一,本文以该课程结合我校工科类人才培养方案、教学大纲和课程内容特“串级控制系统”小节为例进行说课设计。点,制订本小节教学目标,包括知识目标、能力目标和素质目标1教材分析3方面。我校制药过程自动化与仪表课程选用“十二五”国家级规3.1知识目标划教材、厉玉鸣主编、化学工业出版社出版的《化工仪表及自动(1)掌握串级控制系统的结构和组成;(2)理解串级控制系化》,该教材集教学内容的先进性与叙述的深入浅出为一体,能统的工作过程及其特点;(3)了解主、...&
(本文共2页)
权威出处：
串级控制系统是生产过程自动控制系统中一种较复杂的调节系统,其控制回路中采用了两套测量变送器和两台调节器,主调节器的输出作为副调节器的给定,而由副调节器直接控制调节阀的动作。其系统方框图如下: 给定一一知。_{兰竺到一O一 本1副调节器日竺二到一}副对象{}}半画锣盛吊·l!l! 这种控制系统与单回路控制系统相比,增加了系统的抗干扰能力,缩短了调节通道的时间常数,加快了反应速度。特别适用于调节通道线滞后时间较长,容易滞后较大,负荷变化剧烈的场合。 为了保证串级控制系统正常运行,系统中主副调节器的正反作用方式必须正确选择。选择原则是保证该过程控制系统是负反馈。具体实施时,本人根据多年的教学经验总结出一套简单易掌握的判别方法,现介绍如厂: 由于串级控制系统有两个回路,因此两个回路都要保证是负反馈。即在副回路须满足:副对象(士)‘副调节器(士)。调节阀(士)二(一);主回路须满足:主对象(士)·主调节器(士)。调节阀(士)一(一)。各环...&
(本文共2页)
权威出处：
一、引言在大多数情况下,简单控制系统由于需要的自动化仪表少,设备投资少,维护、投运简单,同时,生产实践证明它能解决大量的生产控制问题,满足定值控制的要求,因此,简单控制系统是生产过程自动控制中最简单、最基本、应用最广的一种形式,约占自动控制系统的90%左右。但是,随着工业的发展,生产工艺的革新和强化,对自动化的要求日益提高,所以相继出现了各种复杂控制系统。在各种复杂控制系统中,串级控制系统占有较大比重。下面就串级控制系统的形成、工作过程、结构及特点加以介绍。二、串级控制系统形成串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的,下面举例说明。离子膜电解槽是氯碱化工生产中重要的装置之一,电解槽氯气出口压力的控制要求十分严格。一方面可延长电解槽使用寿命,防止电解槽损坏;另一方面可保证氯气纯度和后面生产的正常进行。为了控制氯气出口压力,可以设置如图1所示的压力控制系统,根据电解槽氯气出口(图1中为设备出口)压力的变化来控制氯气泵回流阀门的...&
(本文共3页)
权威出处：
扩展阅读：
CNKI手机学问
有学问，才够权威！
出版：《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司
地址：北京清华大学 84-48信箱 大众知识服务
京ICP证040431号
服务咨询：400-810--9993
订购咨询：400-819-9993
传真：010- 上传我的文档
 下载
 收藏
该文档贡献者很忙，什么也没留下。
 下载此文档
正在努力加载中...
Smith预估补偿控制策略
下载积分：3000
内容提示：Smith预估补偿控制策略
文档格式：PPT|
浏览次数：34|
上传日期： 08:40:14|
文档星级：
全文阅读已结束，如果下载本文需要使用
 3000 积分
下载此文档
该用户还上传了这些文档
Smith预估补偿控制策略
关注微信公众号带Smith预估器的预测PID控制器的设计
带Smith预估器的预测PID控制器的设计
0 引言 PID控制器因算法简单、鲁棒性好、可靠性高，一直是工业生产过程中应用最广的控制器。然而，实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，应用常规PID控制不能达到理想的控制效果。这时，往往不得不采用模型预测控制、自适应控制等先进控制策略来获得更好的控制性能。但是也存在多种原因阻碍这些先进控制策略在实际中的应用。其中一个主要的原因就是由于这类先进的控制算法在硬件、软件和人员培训方面缺乏有效的支持，这阻碍
0 引言&&& PID控制器因算法简单、鲁棒性好、可靠性高，一直是工业生产过程中应用最广的控制器。然而，实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，应用常规PID控制不能达到理想的控制效果。这时，往往不得不采用模型预测控制、自适应控制等先进控制策略来获得更好的控制性能。但是也存在多种原因阻碍这些先进控制策略在实际中的应用。其中一个主要的原因就是由于这类先进的控制算法在硬件、软件和人员培训方面缺乏有效的支持，这阻碍了它们在DCS层上的实现。而且在参数整定方面，由于这类算法的参数常缺乏明确的物理意义，对于已熟悉PID参数整定的操作人员来说，也是不得不面对的问题。因此，近年来越来越多的研究人员就上层采用模型预测控制这类先进的控制算法，而底层保留传统的PID控制算法，即所谓的预测PID控制算法，展开了一系列的研究。如P．Vega等人直接将经典PID的参数引入到性能指标中，再通过Taylor近似处理得到了次优化的控制器参数。Miller提出了一种随机预测PID控制算法，其在数学上等于稳态加权广义预测控制算法，并先后成功应于化肥厂热交换器的温度控制和废水装置溶氧浓度的控制。在文献[5]中，MASARU KATAYAMA根据PID与一般GPC控制律之间的对应关系，直接计算出PID参数的值，本文在其基础上，采用阶梯式策略，避免了参数整定过程中复杂的矩阵求逆运算，并给控制输出引入较强的阶梯约束，改善了控制性能的调节灵活性。另外，文中分析了该方法在整定大延时对象的控制器参数时所引起的误差的原因，并通过引入smith预估器，有效地改善了这类系统的控制效果。1 整定算法1．1 系统描述及PID控制律介绍&&& 考虑到GPC算法的需要，本文采用受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA)描述被控对象：&&&&&&& 其中，y(t)和u(t)为系统在t时刻的输出值和控制量；ζ(t)为零均值、方差有界的白噪声；k为系统的最小时延；△=1-z-1为差分算子；A(z-1)、B(z-1)分别为后移算子z-1的na和nb阶多项式，且A(z-1)为首一多项式。&&& 文中控制器采用I-PD型结构，该控制律在改变设定值时，控制器输出不至于有太大的变化，增强了系统的抗扰动能力，另外可以很方便地得到此I-PD控制律与GPC控制律之间的联系，从而可以依据GPC思想来进行PID参数的整定。其具体形式为：&&&&&&& 其中，e(t)=w(t)-y(t)为误差信号，w(t)为参考信号，kc、Ti、Td分别为比例增益、积分时问和微分时间，Ts为采样时间。对上式进行展开整理可得如下形式：1．2 SGPC算法&&& 按照GPC的一般理论，由模型(1)和Diophantine方程，得到t时刻对未来t+k+i(i=0，1，L，P-1)时刻系统输出的最优预测：&&& 为最优预测中的自由响应部分，Fk+i(z-1)和Gk+i(z-1)是由Diophantine方程确定的z-1的多项式，是对象阶跃响应的第l项系数，可以写成矩阵形式Y=Y1+G·△U，则实际的输出为Y＝Y＋E，E为误差向量。&&& GPC一般性能指标为&&& &&& 其中△U1=(△ut△ut+1…△ut+m-1)，m为控制步长，λ为控制增量的权重。&&& 由上述各式，根据传统的GPC算法，令J对△U1的偏导数为0，可以得到一个控制量序列[6，9]，为简化计算，Diophantine方程一般用递推算法求解，但仍然不能避免矩阵求逆，计算量大，且不能保证矩阵可逆，计算中还会出现数值病态问题，在实际应用中存在着较大的安全隐患。&&& 为避免传统GPC中的矩阵求逆问题，在算法中引入阶梯式策略[6]。令 &&& 由Diophantine方程可知F(1)=Q，因此式(13)亦可表示为式(5)的形式，此时&&& 1.3 整定结果&&& 由式（4）与式（14）的对应关系，我们可以比较得到PID控制器各参数（其中Ts为采样周期）如下：&&& 2 整定算法的分析2.1& 参数调节的问题&&&&& 本文通过引入阶梯因子，避免了参数整定过程中矩阵求逆，大大简化了计算。同时，在实际系统中，由于执行机构性能的限制，若控制量变化频率高，不仅执行机构动作跟不上，起不到作用，而且会增加执行机构的磨损。而阶梯式策略假定控制增量服从一个等比序列，这相当于给控制增量加了一个较强的限制。另外，由于引进阶梯因子后，加权因子λ性能的影响减小，而且其对于控制量的抵制作用也变得比较复杂，因此我们主要可以通过β来调节对应PID控制器的鲁棒性与快速性。2.2 整定误差的Smith补偿&&& 在前述的算法推导中，可以发现，为了建立I-PD与SGPC之间的相互联系，对多项式X（z-1）进行了静态处理，由式（12）与 式（13）可以看出，这样的处理，相当于认为过去k+nb-1步的输入变化量都相等，且等于当前时刻的输入变化量，即△ut-knb+1=△ut-k-nb+2=…=△ut，而实际运行中，在系统动态响应阶段，这种关系显然总是不成立的。这种近似处理，在系统无延时或小延时，即k取值很小时，影响可以忽略，但随着时延步数的加大，这种处理对系统鲁棒性地影响必将逐渐加剧，所以需要对具有大延时的系统进行补偿。因此，本文在系统中引入Smith预估器，以消除系统的时延影响，改善大延时系统的控制效果。&&& 由于常规Smith预估器在模型失配时存在低鲁棒性问题，因此在应用中可采用文献[8]中的自适应方案，即首先通过单变量寻优方法估计实际过程的纯滞后，然后再用带遗忘因子的最小二乘法辨识过程模型的其他参数，以在线修正模型。这样系统的控制结构可以设计成图1所示的形式。从图中可以看出，若系统无延时，系统等同于简单的预测PID控制回路，而当系统有时延时，延时对系统的影响即可由smith预估器消除，而预测PID参数则仅需根据无时延模型Gm(s)来整定，这样就可以避免时延带来的参数整定误差。3 仿真及分析&&& 为仿真需要，考虑以下单变量模型：&&& P=10，m=5，λ=1，B与k的值按仿真需要选取。&&& 图2所示为K=7，β分别取0．75、0．95、1．05与1．15时，PID控制系统(无Smith补偿)的响应输出曲线，从图中可见，基于SGPC整定的PID控制器的动态性能可以很容易地通过选择不同的B值来调节，以获取合适的控制器参数，随着B取值的增加，系统的超调越小，响应速度则越慢，充分保持了SGPC控制的这一特点。&&& 图3中，在110s处设定值发生幅值为20％、宽度为10s的脉冲扰动，以及在200s处，对象模型跃变为A1(z-1)=1-0．99z-1+0．25z-2，以及B1(z-1)=0．57+O．31z-1。从图中结果的对比可以看出，预测PID(β=0．95)比常规PID(Z-N法整定)控制器具有更好的动态响应特性，并且在出现外部扰动以及对象内部特性发生变化时体现出了更强的抗干扰性与鲁棒性。 &&& 图4则是在其他参数保持不变(β=1．35)，时延步数分别取值为5、20、40与110时，系统(无Smith补偿)的响应特性曲线，可以发现，随着时延的增加，系统的超调量及响应时间都有所增加，动态性能逐渐变差。由前文的分析可知，系统的动态响应性能可以通过改变β的大小来调节，另外在大时延系统中也可以通过引入Smith预估器来补偿时延，这里以k=110为例，对这两种方法进行比较，结果如图5所示(800s处模型跃变为A1(z-1)，B1(z-1)以及时延k变为100)。很显然，增加B的值，虽然可以很好地改善系统的超调量，但却无法兼顾系统的响应时间，这对于那些对系统超调及响应时间都有要求的对象来说是不可取的，而加入Smith预估补偿的方法，则可以消除延时的影响，使大时延系统的超调量及响应速度都得到大大改善，并且很好地保持了系统的鲁棒性。4 结论&&& 文中讨论了基于SGPC的PID参数整定问题。仿真结果表明，此方法较常规PID具有更好的控制性能，而且自适应Smith预估器的引入可以克服大时延系统的整定误差，并且充分保持了系统的鲁棒性。本研究为工业过程控制中的大滞后、时变等复杂系统的控制提供了一种良好的选用方案。
上一篇：已经是第一篇
型号/产品名
深圳市寒武纪智能科技有限公司
worldchinatrade
深圳市福田区华强电子世界广进源电子商行
深圳市福田区华强电子世界广进源电子商行文档分类：
下载后只包含 1 个 PDF 格式的文档，没有任何的图纸或源代码，
下载前请先预览，预览内容跟原文是一样的，在线预览图片经过高度压缩，下载原文更清晰。
您的浏览器不支持进度条
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩?页未读，继续阅读
播放器加载中，请稍候...
该用户其他文档
下载所得到的文件列表模型参考自适应Smith预估控制在发酵温度控制中的应用研究---优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴.pdf
文档介绍：
分类号:密级:U D C:编号:学位论文模型参考自适应-Smith 预估控制在发酵温度控制中的应用研究宋丹丹指导教师姓名:周颖副教授河北工业大学申请学位级别: 硕士学科、专业名称:控制科学与工程
论文提交日期:
2011年11月
论文答辩日期:
2011年12月学位授予单位:河北工业大学答辩委员会主席:评阅人:
2011年12月Thesis Submitted to the Academic mittee Hebei University of Technology for The Master Degree of Control Science and Engineering APPLICATION RESEARCH OF MODEL REFERENCE ADAPTIVE-SMITH PREDICTOR ON FERMENTATION TEMPERATURE CONTROL
by Song Dandan Supervisor: Associate Prof. Zhou Ying December 2011 原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容,也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:日期:关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定:学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务;学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流;学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:日期:导 师签名:日期:河北工业大学硕士学位论文i河北工业大学硕士学位论文ii模型参考自适应-Smith 预估控制在发酵温度控制中的应用研究摘 要发酵过程是一个复杂的生物化学反应过程。而发酵温度是影响发酵过程中酵母参与生化反应程度的重要外界因素。温度稳定与否,直接关系发酵物质的变化,从而决定生产成品的成败。但是,生物发酵温度控制有非线性、大滞后等特点,采用常规的PID 控制很难达到令人满意的控制效果。本文以生物发酵罐为研究对象,着重研究了串级Smith 预估控制、自适应控制在生物发酵温度控制中的可行性、理论推导及融合方法。具体如下:
总结发酵过程中温度变化的特点,分析了当前发酵过程中存在的控制效果不理想的原因,针对存在严重积分纯滞后大惯性的生物发酵系统,是采用传统的Smith 预估补偿,但传统的Smith 预估补偿对模型有很强的依赖性,本文对Smith 进行了改进,推导了改进的Smith 控制算法。仿真结果表明,改进Smith 预估控制不但降低了纯时间延迟特性对控制性能产生的不利影响,也提高了系统的鲁棒性。对于生物发酵过程中干扰的不确定性,本文采用模型参考自适应与改进的Smith 预估控制结合,通过参考模型输出与改进Smith 预估补偿的被控对象的输出之差适时在线调整控制器参数,加快了响应速度,降低了超调,使被控对象更能够适应对象多变以及扰动不确定性等特点。将以上模型参考自适应Smith 预估控制应用到FG-3000 发酵罐温度控制系统中。实验结果表明,模型参考自适应Smith 预估控制使得发酵温度控制具有较快的响应速度及较小的超调,具有一定的自适应能力。关键词:模型参考自适应控制,串级控制,Smith预估控制,FG-3000 控制系统河北工业大学硕士学位论文iiiAPPLICATION RESEARCH OF MODEL REFERENCE ADAPTIVE-SMITH PREDICTOR ON FERMENTATION TEMPERATURE CONTROLABSTRACT Fermentation is plex biochemical reaction process, so temperature is a very important outside factor that yeast biochemical reaction in the fermentation process. Whether the temperature is stable directly relate to the variation of the fermentation substance and the ession of production. However, the control biochemical fermentation temperature has characteristic of non-linearity, time-delay and so on, it is hard e to the satisfied control effect in the conventional PID control. This dissertation, taking fermentor as researched object, researches the feasibility, the theory deduction and the fusion method of Cascade-Smith Predictor Control and Adaptive Control used in fermentation control emphasis. Specific as follows:
The paper summarizes the characteristics of the temperature variation during the fermentation, and analyzes the phenomenon of dissatisfied control effect. For serious integral plus time-delay exists in biochemical fermentation system, the pensation method is conventional smith predict control, but it strongly depends on smith model, so the paper makes an improvement and deduces improved smith control algorithmsmith. Simulation results indicate that the improved Smith predictor can not only reducethe 1
内容来自淘豆网转载请标明出处.Smith 补偿控制原理 针对纯滞后系统闭环特征方程含的影响系统控制品质的纯滞后问题，1957 年 Smith 提 出了一种预估补偿控制方案，即在 PID 反馈控制基础上，引入一个预估补偿环节，使闭环特 征方程不含有纯滞后项，以提高控制质量。 如果能把图 4-5 中假想的变量 B 测量出来，那么就可以按照图 4-6 所示的那样，把 B 点 信号反馈到控制器，这样就把纯滞后环节移到控制回路外边。
E (s) D (s )
图 4-6 反馈回路的理想结构示意图 由图 4-6 可以得出闭环传递函数为
D( s)G p ( s)e -τs 1 + D( s)G p ( s)
（4-27） 由上式可见，由于反馈信号 B 没有延迟，闭环特征方程中不含有纯滞后项，所以系统的 响应将会大大地改善。但是由于 B 点信号是一个不可测(假想)的信号，所以这种方案是无法 实现的。 为了实现上面的方案， 假设构造了一个过程的模型， 并按图 4-7 所示那样把控制量 U(S) 加到该模型上去。在图 4-7 中，如果模型是精确的，那么虽然假想的过程变量 B 是得不到 的，但能够得到模型中的B 。如果不存在建模误差和负荷扰动，那么B 就会等于 B， E s Y s Y s 0 ，可将B 点信号作为反馈信号。 但当有建模误差和负荷扰动时，则E s Y s Y s 0 ，会降低过程的控制品 质。为此，在图 4-7 中又用E s 实现第二条反馈回路，以弥补上述缺点。以上便是 Smith 预估器的控制策略。
扰动 N (s )
B m -τs e
Ym (s ) E m (s )
图 4-7 Smith 预估器控制系统结构图
实际工程上设计 Smith 预估器时 预估器时，将其并联在控制器 D(s)上，对图 4-7 作方框图等效变 7 换，得到图 4-8 所示的形式。 。
扰动 N (s)
G p ( s )e
G p ( s )(1 - e -τs )
图 4-8 Smith 预估器控制系统等效图 图中虚线部分是带纯滞后补偿控制的控制器，其传递函数为 图中虚线部分是带纯滞后补偿控制的控制器
Dτ ( s ) =
U (s) D( s ) = E ( s) 1 + D( s)G p ( s)(1 - e -τs )
经过纯滞后补偿控制后系统的闭环传递函数为
Dτ ( s )G p ( s )e -τs Y ( s) Φ( s) = = R ( s ) 1 + Dτ ( s )G p ( s )e -τs D( s )G p ( s )e -τs 1 + D( s )G p ( s )(1 - e -τs ) 1+ D( s )G p ( s )e -τs 1 + D( s )G p ( s )(1 - e -τs )
D( s )G p ( s)e -τs 1 + D( s)G p ( s)
由式(4-29)可见，带纯滞后补偿的闭环系统与图 4-6 所示的理想结构是一致的 带纯滞后补偿的闭环系统与图 所示的理想结构是一致的，其特征 方程为： 1 + D ( s )G p ( s ) = 0 。纯滞后环节e 已经不出现在特征方程中， ，故不再影响闭环
系统的稳定性。分子中的e 并不影响系统输出量 y(t)的响应曲线和系统的其他性能指标 的响应曲线和系统的其他性能指标， 只是把控制过程推迟了时间 τ。换句话说，纯滞后补偿控制系统在单位阶跃输入时 纯滞后补偿控制系统在单位阶跃输入时，输出量 y(t)的响应曲线和系统的其他性能指标与控制对象不含纯滞后特性时完全相同 的响应曲线和系统的其他性能指标与控制对象不含纯滞后特性时完全相同，只是在时间 的响应曲线和系统的其他性能指标与控制对象不含纯滞后特性时完全相同 轴上滞后 τ，闭环系统输出特性如图 4-9 所示。 闭环系统输出特性如图
三、 Smith 补偿器的计算机实现 带有纯滞后 Smith 补偿器的计算机控制系统如图 4-10 所示。
e2 (k ) E 2 D(z )
1 - e -Ts s
G p ( s )e -τs
G p ( s )(1 - e -τs )
1 - e -Ts s
图 4-10 纯滞后补偿计算机控制系统结构图 图中 D(z)为数字 PID 控制器；Smith 补偿器 D s G s 1 e G s 为被控对象传递函数中不包含纯滞后环节的部分。
与对象特性有关；
下面以一阶惯性纯滞后对象为例，说明 Smith 纯滞后补偿器的计算机实现过程。 设被控对象的传递函数为 Ke G s G s e T s 1 式中G s = Smith 补偿器为：D s 离散化处理为： D z
，N - （取整数） 。
为了便于说明 Smith 补偿器的计算机实现过程，将图 4-10 中的虚框部分变换为图 4-11 所示形式。
K (1 - e -Ts ) s (1 + T p s )
图 4-11 由图 4-11 有D z
. / 0 / . /
Smith 补偿器计算机实现结构图
为了便于计算机实现，由式（4-23） ，令 0 /
可得到 Smith 补偿器的差分方程为 p k a p k 1 b u k 1 y k p k p k N 由式（4-34）可见，Smith 补偿器的差分方程中有p k N 项。 那么如何用计算机产生该纯滞后信号，对纯滞后补偿控制的计算机实现是至关重要。 下面介绍一种在计算机控制系统中常用的产生纯滞后信号的方法，即存储单元法。 为了形成纯滞后 N 步的信号，需在内存中开辟 N+1 个存储单元，用来存储 p(k)的历史
数据，其结构如图 4-12 示。
p (k - N + 1)
N p (k - N )
p (k - N )
图 4-12 存储单元法产生纯滞后信号示意图 用上述方法产生纯滞后信号后，由式（4-34）即可求出y k 。Smith 补偿控制算法的 实现步骤为： (1) 计算偏差e8 k b u k 1 p k a p k 1 y k p k p k N r k y k y k e8 k 式中，a e
，N - （取整数） 。 ?u k k > ;e8 k
(2) 计算控制器输出 u(k) u k 1e8 k u k u k 1 e8 k 1 < k = e8 k 2e8 k 1 e8 k 2
为微分系数。 (3)u(k)经 D/A 输出后直接作用到执行机构上，以实现对被调量的纯滞后补偿。
工业过程控制实验三 smith 补偿器的原理...
SMITH预估补偿模糊控制...
延迟非时变系统史密斯补偿控制算法的实现...
Smith预估补偿控制策略...
带神经网络补偿的Smith预估极点配置自校正控制...
14-1 史密斯预测补偿控制...
大时滞系统模糊自整定Smith预估补偿控制方案的研究...
Smith预估补偿器在过热蒸汽温度控制系统系统中的应用...
基于smith预估补偿的双容器液位控制系统...
第六章 基于补偿原理的控制系统(黄)...
■ 网友在搜