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新型Smith预估控制器在大延迟系统中的应用

更新时间：2019-12-30 10:18:36 大小：200K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：Smith预估控制器 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对控制系统中出现的大延迟问题,推导出了调节器在积分形式下的控制率,从而提出积分调节器Smith预估控制方法.根据推导出的新型Smith预估控制算法可知:只要系统的放大倍数取足够大,控制器在很快时间内就消除误差,可有效地解决系统中的大延迟问题.采用Matlab中的Simulink对新型Smith预估控制系统进行了调节器参数变化、被控对象增益变化、被控对象延迟时间变化的仿真,通过对仿真结果进行比较,可以看出新型Smith控制系统具有快速性和较高的稳定性,对被控对象参数变化不敏感,且结构简单等特点.

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V01．31

No．4

第3l卷第4期

力自化

Electric Power Automation

Equipment

@2011年4月

Apr．201I

新型Smith 估控制器在大延系中的用

蒙

(宝工程技

集有限公司，上海201900)

摘要：

控制系中出的大延

，推出了

器在分形式下的控制率。从而提出

分

器

Smith 估控制方法。根据推出的新型Smith 估控制算法可知：只要系的放大倍数取足大．控制器在

很快

制系

内就消除差，可有效地解决系中的大延

。采用Madab中的Simulink 新型Smith 估控

行了器参数化、被控象增益化、被控象延

化的仿真，通

仿真

果

行比

等特

。可以看出新型SIIlith控制系具有快速性和高的定性，被控象参数化不敏感．且

构

点。

关

中

：大延；反；放大倍数；新型SIIlitIl 估控制器：仿真

文献：B

文章号：1006— 6047(2011)04— 0136— 03

分

号：TP214+．5；TP272

在生

程中．有些控制象具有大的

延

定性降低。目前工上大

控制方法⋯ 。新型Smith

个

器，即Smith 估器[6-t2],

控制象Gp(s)=

，使得控制系

的

K具有Smith 估器的系

构框如 2所示。

多使用Smith

估控制法具有

估

的快速性和静高精度性。

果述方法的有效性。

通

理

和仿真

1新型Smith 估控制原理

Smith

Block

的控制系方框

of control

diagram

Fig．2

system

大延

出一种模型加入到反控制系中．以

特性。Smith 估控制技是得到广泛

的技之一。它的特点是先估程在基本

，力使延

常数)的被控量超前反

系

中采用的控制方法是：按照特性

with Smith

compensation

程

用

由

2可得大延

控制系

的

函数：

的

㈤

出

G小)=器=[器卜

下的

特性，然后由估器

定的

行

由式(2)可知，

延

后。已消除了

了f(r

到

延

部分

系的影响。因此．任何大延

控制器．使控制器提前作。从而明地减少超前

常数r。系都是定的。

控制器G。(s)的入可表示

量。加速

程[2]。

具有

延

的反控制系

如

l所示．

e-"表示象的

函数，G。(s

中

△K(s)=AY(s)一yr(s)=AY(s)一

K△U(s)+(Ke一“)AU(s)

G。(s)表示

器的

(3)

函数53-5】。

将式(3)离散化。得到了Smith 估控制器的

入的差分方程表达形式：

△扮(¨=ay(七)-KAu(k)+KAu(k— r)

由式(4)可知，控制器的入不再是

(4)

1具有

延

的反控制系

反

信

Feedback control

with

Fig．1

system

pure time— delay

号△，，(南)，系包括了控制器的

Au(k— r) 本次控制的影响。

如果不考函数的延部分．

出

Au(k)以及

其

函数

后的

㈩

系

的

函数如下：

G小，= 淼端≥

函数一个比例和

假

系

的被控象的

的串．其中控制象的延

(5)

函数

嘶)=器

延

系

常数

函

取

器

分形式．即

器的

r，比例系数

K．即系的控制象的

大延

数

G。(s)=K。

了改善

(6)

co(加器=争

新型Smith 估控制构方框

象的控制精度．需引入一

其中。P

器的放大倍数。

如

3所示。

收稿日期：2010— 07一ll；修回日期：2010— 12— 10

万方数据

蒙：新型Smith 估控制器在大延

系

中的用

第4期

表示新型Smith控制系．曲 3表示未 Smith系

出信号‰，是，无位；

4(b)。

(

坐

响

5,6同)，其化是由 4(a)

1．2

圈3新型Smith 估控制构方框

Block

of new Smith

diagram

Fig．3

墨0．6

control

predictor

将式(6)代入式(5)，整理后得到整个控制系

非延部分的函数：

l／s

(a)Ki=3，墨I-1．1，P=3

(7)

∞)=品

／

’

将式(6)代人式(4)，并行离散化，就得到了

器的控制率：

△u(七)2 Au(七一1)+

t／s

等姒蠡-t)+彘ay(k)(8)

由于控制的第一步Au(一1)和Au(一t)均 0，

在控制的第一步控制率

(b)Ki=6。Ktl=1．5。P=30

圈4

Ki、Ku、P

化的仿真圈

Simulative results with different Ki，墨I and

Fig．4

(9)

她(1)2看鬲 (1)

如果第一步就将系的偏差全部消除．P需要

由

4可，墨、Ki。、P逐增大，常 Smith系

和未 Smith系都出大超

Smith控制系减少．避免了超

象。在 4(a)中，3种器的几乎都

8。在 4(b)中．常 Smith系

象．而新型

的

明

足

大，在此情况下式(8)的控制率

化

(10)

Au(k)=Au(k— r)+i1-ay(k)

式(7)的函数

2．6 s。

位

响的

未

系

Smith系

3．5 S．而新型Smith控制

明新型Smith控制系

是1．5 s。

⋯ )

y(s)=}品=}一

具有响快速性和定性．更适用于大延

控制。

程的

系

在

位

人情况下的域响函数

(12)

定的数学模型，如果想

器的放大倍数P越

Y(t)=l— e-肝‘

2．2被控象增益改的仿真研究

由式(12)也可知，K

短系程．

被控象的增益K逐

大．仿真果如

5(b)。

要

的

所示。其化是由 5(a)

大越好。理上如果P无大，那么第一步就消除

差。但考量偏差、系等一些因素的

1．2

到

干

影响，系的放大倍数P不要太大。一般KxP>200

即可快速消除差。

0．6

2系的仿真研究

t／8

假

在常 Smitll 估控制系中的被控

(a)K=0．5

象数学模型一性加延形式．其函数

Ke。’／(tls+1)。

采用MaⅡab中的Simulink 新型Smith控制系

行仿真．同与常 Smith系和不 Smith系

相比 [13．15】。仿真

10 s，仿真参数置如下

t／s

所示。PID控制器：Kp=1．5，Ki=3— 20，Kd=0．24；KPl=

0．5，Kil=l一2，Kdl=0．1。

圈5足

化

的仿真

被控

象

函数：K=0．1— 0．9，t=0．5— 1．0 s，

Simulative results with different

Fig．5

tl=0．3— 1 s。

由

5可知．随着K逐增大．常 Smith系

和未 Smith系都出象．但几乎不影

响新型Smitll控制系明常 Smith系和未

Smith系被控象参数化的能力差．而

2．1

器参数

Smith系

化

的仿真研究

超

常

的

分系数K、未 Smi山系

。

的

分系数K；。和放大倍数P逐

大，仿真果如

适

4所示。中曲 l表示常 Smith系，曲

万方数据

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