时滞控制系统设计.docVIP

. . 成都理工大学工程技术学院 《计算机控制课程设计》 --时滞控制系统仿真研究 系 别： 自动化工程系 专 业： 自动化 姓 名： 胡鑫材 学 号： 201220307114 指导老师： 王洋 2015年6月30日 . . 摘要 时滞系统的控制是控制理论应用的一个重要领域，为了提高常规时滞控制系统的鲁棒性能，本文将智能控制的引入到时滞系统中，论文首要分析了滞后环节对系统性能的影响，讨论了集中常规控制方法，解析说了实现过程。Smith控制是基于模型的控制补偿，但是对参数变化较为敏感。Dahlin 控制器一但设计成型对系统的不变性要求较高。本文通过对固定模型的常规PID算法，离散PID算法。以及结合Smith PID算法，以及Dahlin 算法进行MATLAB仿真和试验，同过比较的方法学习各种控制的优缺点。以及讨论其适应性。 关键词：PID Smith Dahlin 时滞 离散 MATLAB . . 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u 摘要 I 目录 II 1时滞系统控制概述 1 1.1 PID控制简介 1 1.2 Smith 预估控制器 1 1.3 Dahlin 控制算法概述 2 2 仿真的传递函数及要求 3 3 MATLAB仿真 4 3.1 PID控制器 4 3.2 连续PID控制器设计 5 3.2.1 PID参数整定 5 3.3 离散PID控制器设计 6 3.4 史密斯控制器设计 7 3.4.1 史密斯控制器参数整定 8 3.5 大林控制器设计 9 4 控制器的分析及对比 11 4.1 PID控制器 11 4.2 Smith预估控制 11 4.3 大林算法 11 附录1 大林算法主程序 12 . . 1时滞系统控制概述 1.1 PID控制简介 PID( Proportional Integral Derivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。 在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，它实际上是一种算法。PID控制器问世至今已有近 70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型 时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统 和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误 差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 从信号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。 PID调节器的适用范围：PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到好的效果。均可以达到0.1%，甚至更高的控制要求。 1.2 Smith 预估控制器 Smith于1957年提出的预估控制算法,通过引入一个与被控对象相并联的纯滞后环节,使补偿后的被控对象的等效传递函数不包括纯滞后项,这样就可以用常规的控制方法(如PID或PI控制)对时滞系统进行控制.在常规方案基础上,外加调节器组成副回路对系统进行动态修正,该方法的稳定性和鲁棒性比原来的Smith预估系统要好,它对对象的模型精度要求明显地降低了.Watanabe提出的改进结构的Smith预估器采用了一个抑制扰动的动态补偿器M(s),通过配置M(s)的极点,能够获得较满意的扰动响应及对扰动稳态误差为零. 1.3 Dahlin 控制算法概述 图1.1 大林算法设计的闭环控制系统方框图 大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，其传递函数为 一阶对象：， 二阶对象：, 大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数 Φ（s）相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即 ， 并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，纯滞后时间与采样周期T有整数倍关系，（N=1,2﹒﹒﹒）。 大林算法的目标