纯滞后控制技术.pptVIP

第1页，共30页，星期日，2025年，2月5日主要内容1、施密斯（Smith）预估控制2、达林（Dahin）算法第2页，共30页，星期日，2025年，2月5日5.3.1史密斯(Smith)预估控制 在实际生产过程中，大多数工业对象具有较大的纯滞后时间。对象的纯滞后时间τ对控制系统的控制性能极为不利。当对象的纯滞后时间τ与对象的时间常数Tc之比，即τ／Tc≥0.5时，采用常规的PID控制来克服大纯滞后是很难适应的，而且还会使控制过程严重超调，稳定性变差。长期以来，人们对纯滞后对象的控制作了大量的研究。但在工程实践上有效的方法还是不多。比较有代表性的方法有大林算法和史密斯预估算法。第3页，共30页，星期日，2025年，2月5日图5.3.1带纯滞后环节的控制系统史密斯预估控制原理D(s)表示调节器(控制器)的传递函数；Gp(s)e-τs表示被控对象的传递函数；Gp(s)为被控对象中不包含纯滞后部分的传递函数；e-τs为被控对象纯滞后部分的传递函数。第4页，共30页，星期日，2025年，2月5日在闭环传递函数的分母中包含有纯滞后环节，使得系统的闭环极点很难分析得到，而且容易造成超调和振荡。如果τ足够大的话，系统将是不稳定的，这就是大纯滞后过程难以控制的本质。则其闭环传递函数为:如何消除分母上的纯滞后环节？第5页，共30页，星期日，2025年，2月5日史密斯预估控制原理是：与并接一补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分。这个补偿环节称为预估器，其传递函数为如下图所示第6页，共30页，星期日，2025年，2月5日新的控制器闭环传递函数为:则其总的闭环传递函数为:经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，因为式中的e–τs在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性。拉氏变换的位移定理说明,e–τs仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间τ，控制系统的过渡过程及其他性能指标都与对象特性为Gp(s)时完全相同。第7页，共30页，星期日，2025年，2月5日史密斯预估控制系统等效框图带纯滞后补偿的控制系统就相当于:控制器为D(s),被控对象为Gp(s)(1-e–τs),反馈回路串上一个eτs的反馈控制系统，即检测信号通过超前环节eτs后进入控制器。从形式上可把纯滞后补偿视为具有超前控制作用，而实质上是对被控参数的预估。因此称史密斯补偿器为史密斯预估器。第8页，共30页，星期日，2025年，2月5日图4.24具有纯滞后补偿的控制系统由上图可见，纯滞后补偿的数字控制器由两部分组成：一部分是数字PID控制器(由D(s)离散化得到)；一部分是史密斯预估器。具有纯滞后补偿的数字控制器第9页，共30页，星期日，2025年，2月5日史密斯预估器的输出可按上图的顺序计算。图中，u(k)是PID控制器的输出；yτ(k)是史密斯预估器的输出。系统中滞后环节使信号延迟，在内存中专门设定N个单元存放信号m(k)的历史数据。存储单元的个数N由下式决定。N＝τ／T(τ-纯滞后时间，T-采样周期)每采样一次，把m(k)记入0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，1单元原来存放数据移到2单元……以此类推。从N单元输出的信号，就是滞后N个采样周期的m(k－N)信号。史密斯预估器方框图1.史密斯预估器 第10页，共30页，星期日，2025年，2月5日 许多工业对象可近似用一阶惯性环节和纯滞后环节的串联来表示式中，Kf——被控对象的放大系数； Tf——被控对象的时间常数； τ——纯滞后时间。预估器的传递函数第11页，共30页，星期日，2025年，2月5日(1)计算反馈回路的偏差e1(k)(2)计算纯滞后补偿器的输出2.纯滞后补偿控制算法步骤第12页，共30页，星期日，2025年，2月5日相应的差分方程为:其中:第13页，共30页，星期日，2025年，2月5日(3)计算偏差e2(k)(4)计算控制器的输出u(k)当控制器采用PID控制算法时，则其中第14页，共30页，星期日，2025年，2月5日5.3.2