計算機(jī)控制技術(shù)課件：4-8 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)(八)

1、第22講第4章 常規(guī)及復(fù)雜控制技術(shù)（八）4.4.1 施密斯(Smith)預(yù)估控制 1.純滯后控制的基本概念 2.施密斯預(yù)估控制原理 3.具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 返回1.純滯后控制的基本概念 在工業(yè)過程(如熱工、化工)控制中，由于物料或能量的傳輸延遲，許多被控制對象具有純滯后性質(zhì)。 對象的這種純滯后性質(zhì)常引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或者振蕩。 純滯后：由于物料或能量的傳輸延遲引起的滯后現(xiàn)象； 容量滯后：由于慣性引起的滯后。比如發(fā)酵過程，不是純滯后。返回2施密斯預(yù)估控制原理 （1）原理分析：對于一個單回路系統(tǒng)若沒有純滯后，G（s）=GP（s）若有純滯后， ，其中為純滯后時間 則，閉環(huán)傳遞函數(shù)的結(jié)構(gòu)是 那么

2、，我們可以得到閉環(huán)傳遞函數(shù)的特征方程 由于 的存在，使得系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)很難分析得到，而且容易造成超調(diào)和振蕩。 那么，如何消除分母上的 ？2施密斯預(yù)估控制原理 （2）施密斯預(yù)估控制原理 與D(s)并接一補(bǔ)償環(huán)節(jié)，用來補(bǔ)償被控制對象中的純滯后部分，這個補(bǔ)償環(huán)節(jié)稱為預(yù)估器。 預(yù)估器傳遞函數(shù)為 這里，為純滯后時間。2施密斯預(yù)估控制原理 由施密斯預(yù)估器和調(diào)節(jié)器D(s)組成的補(bǔ)償回路稱為純滯后補(bǔ)償器，其傳遞函數(shù)為 2施密斯預(yù)估控制原理 經(jīng)補(bǔ)償后的系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為 經(jīng)補(bǔ)償后，消除了純滯后部分對控制系統(tǒng)的影響，因為式中的 在閉環(huán)控制回路之外，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 拉氏變換的位移定理說明， 僅將控制作用在時間

3、坐標(biāo)上推移了一個時間，控制系統(tǒng)的過渡過程及其它性能指標(biāo)都與對象特性為Gp(s)時完全相同。 2施密斯預(yù)估控制原理 返回3具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 我們來分析一種具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器，該數(shù)字控制器由兩部分組成： 一部分是數(shù)字PID控制器(由D(s)離散化得到)； 一部分是施密斯預(yù)估器。 (1)施密斯預(yù)估器 滯后環(huán)節(jié)使信號延遲，為此，在內(nèi)存中設(shè)定N個單元存放信號m(k)的歷史數(shù)據(jù)，存貯單元的個數(shù)N由下式?jīng)Q定。 N=/T式中，純滯后時間；T采樣周期； 每采樣一次，把m(k)記入0單元，同時把0單元原來存放數(shù)據(jù)移到1單元，1單元原來存放數(shù)據(jù)移到2單元， ，依此類推。從單元N輸出的信號，就是滯后

4、N個采樣周期的m(k-N)信號。3具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 從圖中可知，必須先計算傳遞函數(shù)Gp(s)的輸出m(k)后，才能計算預(yù)估器的輸出 y(k)=m(k)-m(k-N)。施密斯預(yù)估器的輸出可按下圖的順序計算。 3具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 許多工業(yè)對象可近似用一階慣性環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)來表示： 式中 Kf被控對象的放大系數(shù)； Tf被控對象的時間常數(shù)； 純滯后時間。 預(yù)估器的傳遞函數(shù)為 3具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 (2)純滯后補(bǔ)償控制算法步驟 計算反饋回路的偏差e1(k): e1(k)=r(k)-y(k) 計算純滯后補(bǔ)償器的輸出y(k) 3具有純滯后補(bǔ)償?shù)臄?shù)字控制器 化成微分方程式，則可寫成相應(yīng)的差分方程為(2)純滯后補(bǔ)償控制算法步驟 計算偏差e2(k)：e2(k)=e1(k