Smith预估器在大迟延系统中的应用

大时滞系统的模糊-smith控制

西安邮电学院毕业设计（论文）题目：大时滞系统的模糊-smith控制院（系）：自动化学院专业：自动化班级：自动化0804班学生姓名：耿宗杰导师姓名：魏秋月职称：讲师起止时间： 2012年 03月 06日至 2012年 06月 11日西安邮电学院毕业设计(论文)任务书学生姓名耿宗杰指导教师魏秋月职称讲师院（系）别自动化学院专业测控技术与仪器题目大时滞系统的模糊-Smith 控制任务与要求分析采用常规模糊控制的大时滞系统控制性能不佳的原因,研究适合大时滞系统的模糊-Smith 控制策略，并对控制算法进行仿真。

算法应用于大时滞系统控制时应具有较好的性能,且对于时滞参数大范围变化的系统应具有良好的鲁棒性。

开始日期2010年12月10日完成日期2012年6月25日院长(签字) 201112 月 6 日西安邮电学院毕业设计 (论文) 工作计划学生姓名耿宗杰指导教师___魏秋月_ 职称_ 讲师_____院（系）别____自动化学院_____专业__自动化 __ 题目__________________________________________________大时滞系统的模糊-Smith 控制工作进程起止时工作内容3月19日～3月26日收集资料，撰写、提交开题报告3月27日～4月11日方案论证与确定4月12日—4月26日学习、熟悉模糊逻辑工具箱和SIMULINK仿真工具的使用4月27日—5月11日设计模糊-Smith控制器5月12日—5月19日系统仿真和结果分析5月20日—6月4日撰写论文6月3日—6月10日修改、装订论文，准备答辩6月11日—6月18日准备答辩主要参考书目(资料)1. 楼顺天, 胡昌华, 张伟.基于 MATLAB 的系统分析与设计—模糊系统.西安: 电子科技大学出版社, 1998.2. 席爱民.模糊控制技术. 西安: 电子科技大学出版社, 2008.3. 郑恩让，聂诗良. 控制系统仿真. 北京: 中国林业出版社， 2006.计算机、MATLAB 软件每周三为固定答疑时间，其余时间有问题时电话联系地点：教研室或测控实验室无主要参考书目(资料) 主要仪器设备及材料论文(设计)过程中教师的指导安排对计划的说明西安邮电学院毕业设计(论文)开题报告自动化学院自动化专业 08 级 04 班课题名称：大时滞系统的模糊_Smith控制学生姓名：耿宗杰学号：06071108指导教师：魏秋月报告日期： 2012-3-221．本课题所涉及的问题及应用现状综述涉及的问题：本题目针对普通模糊控制的大时滞系统控制性能不佳的原因，研究了一种适合大时滞系统的模糊_Smith控制策略。

Smith预估算法在计算机控制系统中的应用

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｉｓａｍｅｔｈｏｄｔｈａｔｃａｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｆｏｒｔｉｍｅｄｅｌａｙｓ．Ｉｔｈａｓｗｉｄｅａｐｐｌｉ－ｃａｔｉｏｎａｃｒｏｓｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎｌａＳｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙ，ｕｓｉｎｇｅｘｉｓｔ－
ＮａｔｉｏｎｌａＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｍｅｄｅห้องสมุดไป่ตู้ｌａｙ；Ｓｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＩＤ；ｃｏｍｐｕｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌ
在很多工业过程（如热工、化工过程）中，由于
得到较为直观的监控界面。将Ｓｍｉｔｈ预估器与ＰＩＤ
容积或传输延迟，使得被控对象具有纯滞后特性，这
种纯滞后对系统的控制性能具有较大的影响，严重时甚至会破坏系统的稳定性。纯滞后时间Ｔ与系统
中图分类号：ＴＰ２文献标识码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２ — ４３０５．２０１４．０１．Ｏ１１

时变大时滞系统的控制方法综述

时变大时滞系统的控制方法综述1 引言在化工、炼油、冶金、玻璃等一些复杂的工业过程当中,广泛地存在着大时滞现象。

由于时滞的存在,使得被控量不能及时地反映系统所承受的扰动,从而产生明显的超调,使得控制系统的稳定性变差,调节时间延长,对系统的设计和控制增加了很大的困难。

而时变时滞的特性则使得问题更加复杂,因而对此类问题的研究具有重要的理论和实际意义。

自从1957年Smith首次提出针对时滞系统的预估控制方法以来,许多学者在这一领域进行了广泛而深入的研究,相继提出了许多行之有效的控制方法。

根据对专统数学模型的依赖程度的不同,这些方法大致可以分为自适应控制和智能控制两大类。

本文即对此进行了总结介绍,分析了各种控制方法的优点及其所存在的局限性,并且探讨了该领域今后的发展方向。

2 Smith预估器Smith预估器是得到广泛应用的时滞系统的控制方法。

该方法的基本思路是:预先估计出系统在基本扰动下的动态特性,然后由预估器对时滞进行补偿,力图使被延迟了的被调量超前反映到调节器,使调节器提前动作,从而抵消掉时滞特性所造成的影响:减小超调量,提高系统的稳定性$加速调节过程,提高系统的快速性。

Smith预估器的原理如图1所示。

图1 Smith预估器控制框图从理论上分析,Smith预估器可以完全消除时滞的影响,从而成为一种对线性、时不变和单输入单输出时滞系统的理想控制方案。

但是在实际应用中却不尽人意,主要原因在于:Smith预估器需要确知被控对象的精确数学模型,而且它只能用于定常系统。

这一条件事实上相当苛刻,因而影响了Smith预估器在实际应用中的控制性能。

在Smith预估器的基础上,许多学者提出了扩展型的或者改进型的方案,这些方案包括:多变量Smith预估控制,非线性系统的Smith预估器,改进的Smith预估器。

这些方法由于并没有减小对系统数学模型的依赖程度,因而同样也具有很大的局限性。

3 自适应控制方法对大多实际控制过程而言,被控对象的参数在整个被控过程中不可能保持定常,对于这一类系统,如果采用常规的控制方法,不仅控制性能会变差,而且还会造成系统发散,然而利用自适应技术却可以获得比较满意的控制效果。

Smith预估补偿器在过热蒸汽温度控制系统系统中的应用

Smith预估补偿器在过热蒸汽温度控制系统中的应用摘要：本文介绍Smith预估补偿器在纯滞后控制系统中的补偿原理及作用，并在过热蒸汽温度控制系统系统中使用Smith预估补偿器获得了成功应用。

Smith预估补偿控制与常规的PID控制相比，具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等优点。

适应于一般工业生产过程中有纯滞后环节的控制系统，有较大的推广应用价值。

关键字：Smith预估补偿器，PID，超调量，鲁棒性，过热蒸汽温度控制系统1.引言在工业生产过程控制中，许多对象具有纯滞后的性质。

这类控制系统的纯滞后时间会使系统的稳定性降低，采用常规的PID的控制运算会引起大的超调和长时间的振荡，控制效果不佳。

有关纯滞后的控制系统，虽然国内外作过不少研究工作，但在工程上有效方法并不多。

本文介绍的就是其中用得较多且技术十分成熟的Smith预估补偿器法及其在过热蒸汽温度控制系统上的应用。

过热蒸汽温度控制系统是单元机组不可缺少的重要组成部分，其性能和可靠性已成为保证单元机组安全性和经济性的重要因素。

过热蒸汽温度较高时，机组热效率则相对较高，但过高时，汽机的金属材料又无法承受，气温过低则影响机组效率。

过热蒸汽温度的稳定对机组的安全经济运行非常重要，所以对其控制有较高的要求。

但是由于过热蒸汽温度是一个典型的大迟延、大惯性、非线性和时变性的复杂系统，本次设计采用串级控制以提高系统的控制性能，在系统中采用了主控-串级控制的切换装置，使系统可以适用于不同的工作环境。

通过使用该系统，可以使得锅炉过热器出口蒸汽温度在允许的范围内变化，并保护过热器营壁温度不超过允许的工作温度。

2. Smith 预估器的补偿原理2.1单回路控制系统于有纯迟延过程的控制系统，调节器采用PID 控制规律时，系统的静态和动态品质均下降，纯迟延愈大，其性能指标下降的愈大。

Smith 针对具有纯迟延的过程，提出在PID 反馈控制的基础上引入一个预补偿环节，使控制品质大大提高。

基于Smith预估器的大时滞系统控制方法研究与仿真

1 传统Smith预估器
传统Smith预估器实质上是一种模型补偿控
制，采用补偿原理，将过程对象的纯滞后环节从系统特征方程中消除，从而改善对时滞过程的控制效果。 1.1 Smith预估控制基本思路
Smith预估控制是瑞典科学家Smith于1957年提出的一种解决时滞系统控制问题的预估控制方法，其控制基本思路是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿控制，使被延迟了的被调量提前反映到调节器，并使之动作，以此来减小超调量与加速调节过程[3]。 1.2 Smith预估控制补偿算法
Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.08.56
0 引言
时滞现象常产生于化工、轻化、冶金、计算机网络通讯和交通等系统中[1,2]。就控制系统而言，时滞是指作用于系统上的输入信号或控制信号与在它们的作用下系统所产生的输出信号之间存在的时间上的延迟，当时滞较大时，将会使系统中的被调量不能及时反映控制信号的作用；另外，当被控对象受到干扰而使被调量改变时，控制器产生的控制作用不能及时有效地抑制干扰的影响，从而导致较大的超调量和较长的调节时间，甚至产生不稳定。因此，大时滞系统一直受到人们关注，成为目前过程控制研究领域的一个重要课题。
基于Smith预估器的大时滞系统控制方法研究与仿真
The study and simulation on the control methods in large time delay system based on Smith predict国防工业职业技术学院，西安 710300）
采用双控制器方案，构成双自由度Smith预估
图3 双自由度Smith预估器结构示意图【178】第32卷第8期 2010-8

大滞后系统Smith预估器的控制仿真

大滞后系统S m i t h预估器的控制仿真-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN大滞后系统Smith预估器的控制仿真一、实验目的学习借助MATLAB软件设计一个Smith预估器控制一个大滞后环节,并且了解Smith预估器参数对系统的影响。

二、实验原理借助MATLAB软件我们可以轻易的模拟大滞后系统,对其进行控制仿真, Smith预估器的基本原理就是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性,然后由预估器进行补偿,力图使被延迟了τ的被调量超前反映的调节器,使调节器提前动作,从而明显的减小超调量和加速调节过程。

控制框图如下：U(s)Y(s)+ --+Y’(s) +其中三、实验内容：对以下大滞后环节采取Smith预估器控制方案进行控制，其中K=2.2T=200τ=60。

采用工程整定中的动态特性参数法，有一组公式如下：由此得到一组参数为：Kc=2.36 Ti=134.7s Td=20.9sGc(s)KsGs(s)用MATLAB中的Simulink仿真工具箱仿真。

TransportDelay1TransportDelay2.2200s+1Transfer Fcn22.2200s+1Transfer Fcn12.2200s+1Transfer FcnStepScope1sIntegrator20Gain2-K-Gain12.4Gaindu/dtDerivative１．其中K Tτ变化5%，其中K=2.31T=210τ=63时。

TransportDelay1TransportDelay2.31210s+1Transfer Fcn22.31210s+1Transfer Fcn12.31210s+1Transfer FcnStepScope1sIntegrator20Gain2-K-Gain12.4Gaindu/dtDerivative其中K T τ变化-5%，其中K=2.09 T=190 τ=57时。

航空发动机大延迟系统Smith预估补偿模糊PID控制算法

究热点和难点，由于延迟的存在使得系统的稳定时
间和超调量增大，震荡加剧；同时减小了系统的相角稳定裕度甚至导致系统不稳定［］。
的最大推力，在保证低压压气机稳定工作的基础上
根据低压压气机转子的换算转速 ‰ 对低压压气机进口导流叶片角度（９／进行调节。该通道的数字式控制器在试车过程中出现了参数摆幅较大的现象，经过判读试车数据认定该通道存在较大的延迟。
ｒｅｑｕｉｒｅｓｌｅｓｓａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｍｏｄｅｌａｎｄｈａｓｂｅｔｔｅｒｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｂｙｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＳｍｉｔｈｐｒｅｄｉｃｔｏｒ．
ＹＡＮＴｏｎｇ，ＹＩＺｈｅｎ — ｇｕｏ，ＺＨＡＮＧＪｉｎ－ｐｅｎｇ２，ＺＨＡＩＸｕ－ｓｈｅｎｇ
（１．ＭｉｌｉｔａｒｙＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＯｆｉｆｃｅｏｆＮｏ．１１４￡０ｒｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｕｎｉｔ９３６１９ｏｆＰＬＡ，
Ｔｉａｎｊｉｎ３００４００，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｉｎｇｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００３８，Ｃｈｉｎａ）

大滞后系统的Smith在线辨识预估控制的研究

中图分类号：Ｐ７Ｔ２３文献标志码：Ａ文章编号：０１４５（０２０ — ３００１０ — ５１２１）３０３ — ４
Ｒｅｅｒｈｎａｇｉｅｅａｙｔｍａｅｎｎｌｄｎｔｆｃｔｏｓａｃｏｌｒｅｔｍ－ｄｌｙｓｓｅｂｓｄｏｏｉｉｅｉａｉｎｎｅｉ
０引言
大多数的工业过程一般情况下都是稳定的，过去围绕稳定的过程提出了许多有效的控制方法，但是由于大时滞的存在严重影响了系统的控制效果和稳定性，限制了可以达到的带宽和高增益的使用，导致系统的超调变大，调节时间变长，甚至出现振荡和发散，使时滞过程很难控制。时滞系统的控制问题一直是控制理论和控制工程实践中的难点，时滞环节的存在很大程度上相当于使系统变成了无穷阶，有无数个闭环极点，当前施加的控制作用需要经过一段时间才会在输出上反映出来。根据一般的理论分析可以得出：时
Ｔｅｒｓｌｆｓｌｉｒｔｅｓｃｎ — ｒｅｐｕｕｅｄｌｏｅｏｊｃｉｒｉｏｔｅｏｎｔｅｌｍｈｗｔａｔｅｏｌｅｈｅｕｔｏｉａｏｆｅｏｄｏｄｒｌｓｐｒｅｙｍｄｌｂｅｔｗｔｏｔｕｒｒｉａｔｅｓｏｈｔｈｎｉｓｍｕｔｎｏｈａｓｈｗｈｒｈｇｉｎ
胡素红，建安方
（东华大学信息科学与技术学院，上海２１２）０６０
摘要：工业过程中普遍存在大时滞对象，为解决大滞后复杂系统因无法建立精确数学模型而难于控制的问题，将史密斯（ｍｔ）Ｓｉ预估ｈ