22 4.8 常规及复杂控制技术(八).pptx

第1页：第22讲第4章常规及复杂控制技术（八）

第22讲第4章常规及复杂控制技术（八）

第2页：第4章常规及复杂控制技术（八）

第4章常规及复杂控制技术（八）

• 施密斯(Smith)预估控制
• 纯滞后控制的基本概念
• 施密斯预估控制原理
• 具有纯滞后补偿的数字控制器返回

第3页：在工业过程

在工业过程：(如热工、化工)控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。对象的这种纯滞后性质常引起系统产生超调或者振荡。纯滞后：由于物料或能量的传输延迟引起的滞后现象；容量滞后：由于惯性引起的滞后。比如发酵过程，不是纯滞后。

第4页：（1）原理分析

（1）原理分析：对于一个单回路系统若没有纯滞后，G（s）=GP（s）若有纯滞后，其中τ为纯滞后时间则，闭环传递函数的结构是

第5页：那么

那么：我们可以得到闭环传递函数的特征方程由于的存在，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。那么，如何消除分母上的？

第6页：（2） 与D(s)并接一补偿环节

（2） 与D(s)并接一补偿环节：用来补偿被控制对象中的纯滞后部分，这个补偿环节称为预估器。预估器传递函数为这里，τ为纯滞后时间。

第7页：由施密斯预估器和调节器D(s)组成的补偿

由施密斯预估器和调节器D(s)组成的补偿：回路称为纯滞后补偿器，其传递函数为

第8页：经补偿后的系统闭环传递函数为

经补偿后的系统闭环传递函数为：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，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它性能指标都与对象特性为Gp(s)时完全相同。

第9页：我们来分析一种

我们来分析一种：该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)；一部分是施密斯预估器。

第10页：(1)施密斯预估器滞后环节使信号延迟

(1)施密斯预估器滞后环节使信号延迟：为此，在内存中设定N个单元存放信号m(k)的历史数据，存贮单元的个数N由下式决定。N=τ/T式中，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，…，依此类推。从单元N输出的信号，就是滞后N个采样周期的m(k-N)信号。

第11页：从图中可知

从图中可知：必须先计算传递函数Gp(s)的输出m(k)后，才能计算预估器的输出yτ(k)=m(k)-m(k-N)。施密斯预估器的输出可按下图的顺序计算。

第12页：许多工业对象可近似用一阶惯性环节和纯滞后

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。预估器的传递函数为

第13页：(2)纯滞后补偿控制算法步骤①计算反馈回

(2)纯滞后补偿控制算法步骤①计算反馈回：路的偏差e1(k):e1(k)=r(k)-y(k)②计算纯滞后补偿器的输出yτ(k) 化成微分方程式，则可写成相应的差分方程为

第14页：(2)纯滞后补偿控制算法步骤③计算偏差e

(2)纯滞后补偿控制算法步骤③计算偏差e：2(k)：e2(k)=e1(k)-yτ(k)④计算控制器的输出u(k) ，其中

第15页：4.4.1 施密斯(Smith)预估控制

4.4.1 施密斯(Smith)预估控制：本页为本讲内容的收束页。