Smith预估补偿控制策略..
过热蒸汽温度系统的Smith预估补偿自抗扰控制
过热蒸汽温度系统的Smith预估补偿自抗扰控制
董子健;邢建;石乐;王朔
【摘 要】针对锅炉过热蒸汽温度控制系统对象的大惯性、大时滞和动态模型随负荷等要素变动而变动的共性,将Smith补偿器和自抗扰控制相结合应用在过热蒸汽温度系统中.利用Smith补偿器对系统时滞环节进行补偿,使被控对象的控制通道不合有延时特性;利用自抗扰控制对过热蒸汽温度系统Smith补偿器对象进行估计和补偿以提高不精确模型的精度.在MATLAB仿真平台下对过热蒸汽温度系统带大时滞的模型进行仿真试验.仿真结果表明:基于Smith预估补偿的自抗扰控制相比常规PID控制、Smith预估控制和自抗扰控制对过热蒸汽温度系统具有更好的控制性能和稳定性,可以改善控制系统的抗干扰能力和模型适应性.
【期刊名称】《电力科学与工程》
【年(卷),期】2017(033)009
【总页数】6页(P73-78)
【关键词】过热蒸汽温度系统;Smith补偿器;自抗扰控制;时滞;补偿;抗干扰
【作 者】董子健;邢建;石乐;王朔
【作者单位】华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003;华北电力大学控制与计算机工程学院,河北保定071003
【正文语种】中 文
【中图分类】TP29 在燃煤机组中，锅炉过热蒸汽温度控制系统对运行机组的稳定和经济有至关重要的作用。太高的蒸汽温度，会降低过热器管道强度，不利于机组设施的安全运转；太低的蒸汽温度，循环效率会降低。因此，过热蒸汽温度控制系统在电厂锅炉中是一种极为关键的热工系统。由于锅炉过热蒸汽温度系统模型具备大惯性、大时滞和时变性等特性，所以使用常规PID串级控制方法效果都不太好[1]。
自抗扰控制器(Active Disturbance Rejection Control;ADRC)是韩京清等学习PID控制特点，采用仿真而得到的一种新型实用控制器。其核心思想是通过状态观测器实时估计对象的模型参数变化引起的内扰动和模型本身之外的外扰动，其次通过非线性状态误差反馈律对总扰动进行动态线性补偿，在不精确被控对象模型下取得理想的控制效果[2]。韩京清等第一次将自抗扰技术应用于时滞对象中并取得较好的效果[3]，程启明等将自抗扰控制技术应用在汽包水位系统中表明具有很好的鲁棒性[4]。自抗扰控制虽对大惯性和大时滞对象有很好的控制功能，但是调节时间较长。刘长良等提出Smith补偿器应用于过热汽温系统中虽表明有很好的补偿效果[5],但会出现模型失配，不能取得优异的控制性能。姜家国等将Smith预估自抗扰控制应用在SCR脱销系统有很好的控制效果[6]。基于研究中存在的问题，本文将Smith补偿器和自抗扰控制相结合应用于过热蒸汽温度系统的控制中，基于理论研究的基础上，进行了大量仿真实验。仿真结果验证了该方法的有效性和适用性，提高了系统的稳定性和可靠性。
Smith预估补偿器的算法研究与实现
1 目录
1．引言 ............................................................................................................................................ 3
1.1 概述 ................................................................................................................................. 3
1.2 毕业设计（论文）的主要内容 ..................................................................................... 3
2．Smith预估器的理论知识 .......................................................................................................... 4
2.1 Smith预估器的模拟补偿控制原理 .............................................................................. 4
2.2 数字Smith预估系统 ..................................................................................................... 5
3．数字PID控制器 ......................................................................................................................... 7
基于Smith预估补偿的网络控制系统仿真研究
Ｃｏｍｐｕ￣ｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用
基于Ｓｍｉｔｈ预估补偿的网络控制系统仿真研究
张海涛，李珍
ＺＨＡＮＧ Ｈａｉｔａｏ．ＬＩ Ｚｈｅｎ 河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳４７１００３
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ ４７１００３，Ｃｈｉｎａ
ＺＨＡＮＧ Ｈａｉｔａｏ，ＬＩ Ｚｈｅｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉ． ｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１２，４８（８）：２４３—２４５． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋｅｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｒａｎｄｏｍ ｔｉｍｅ．ｄｅｌａｙ ｉｎ ｂｏｔｈ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｃｈａｎｎｅｌｓ．Ａ ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｕｒｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｗｉｔｈ ｒｏｏｔ ｌｏｃｕｓ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｄｅｌａｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ—ｆｏｒｗａｒｄ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｂｅｔ． ｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｇｏｔｔｅｎ ｉｎ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ ｍｏｄｅｌ ｍｉｓｓ—ｍａｔｃｈｉｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｏｎ ａ ＤＣ ｍｏｔｏｎ Ｔｈｅ ｓｉｍ－ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ．
Simulink的时滞过程Smith预估控制与IMC研究方法研究 精品
基于Simulink的时滞过程Smith预估控制与IMC控制方法研究
Smith预估控制
一、基本原理
PID控制器因算法简单、鲁棒性好、可靠性高，一直是工业生产过程中应用最广的控制器。然而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，应用常规PID控制不能达到理想的控制效果。这时往往不得不采用模型预测控制、自适应控制等先进控制策略来获得更好的控制性能。近年来越来越多的研究人员就上层采用模型预测控制这类先进的控制算法，而底层保留传统的PID控制算法，即所谓的预测PID控制算法，展开了一系列的研究。
1、纯滞后产生的主要原因：
1）物料及能量在管道或者容器中传输及运送需要时间；
2）物质反应、能量的释放及能量交换需要一定过程和时间；
3）设备和设备之间的串联需要许多的中间环节；
4）测量装置的响应时间；
5）执行机构的动作时间；
在控制对象调节通道、测量装置及执行机构等环节存在纯滞后时，控制系统闭环特征方程中就存在纯滞后因子，而且存在纯滞后的环节较多时,系统滞后时间也将随之增加。因此明显降低了系统的稳定性，而且纯滞后时间越长，系统稳定性就越差。由于纯滞后的存在，调节作用不及时，导致被调节系统的动态品质下降。纯滞后越大，则系统的动态品质越差。
2、史密斯预估器原理
在单回路控制系统中，控制器的传递函数为GC(s)，被控对象传递函数为GO(s)e-ts，被控对象中不包含纯滞后部分的传递函数为GO(s)，被控对象纯滞后部分的传递函数为e-ts。则系统的闭环传递函数为
Φ(S)=[GC(S)GO(S)e-τs]/[1+GC(S)GO(S)] (1) 由式(1)可以看出，系统特征方程中含有纯滞后环节，它会降低系统的稳定性。
史密斯补偿的原理是：与控制器Gc(s)并接一个补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个补偿环节传递函数为Gm(s)=Go(s)(1-e-ts)，t为纯滞后时间，补偿后的系统如图1所示。
一种简单而有效的SMITH预估补偿控制新方法
一种简单而有效的SMITH预估补偿控制新方法
张彦军;于飞;崔平远
【期刊名称】《自动化与仪器仪表》
【年(卷),期】2003(0)3
【摘 要】提出了一种改进型Smith预估补偿控制新方法。在被控对象的输入端施加一阶跃输入信号 ,根据其阶跃响应估计出被控对象的数学模型 ,再根据此估计模型在线地修正Smith预估补偿器 ,从而克服了传统的Smith预估补偿控制方法因模型误差而使控制品质变坏的缺点。
【总页数】3页(P4-6)
【关键词】Smith预估补偿控制;阶跃响应;数学模型;控制算法;模型误差
【作 者】张彦军;于飞;崔平远
【作者单位】青岛科技大学;哈尔滨工业大学
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.一种改进型Smith预估补偿控制方案 [J], 吴春富;肖海荣
2.一种改进的主汽温Smith预估补偿控制 [J], 崔晓波;王明春;张雨飞
3.一种改进型Smith预估补偿控制算法及其应用 [J], 张毅超;白建云
4.Smith预估补偿控制在燃煤电厂烟气脱硝控制系统的应用 [J], 杨晋萍;刘静伟;白建云;段宝和;杨波
5.一种改进的Smith预估补偿方案在生产过程控制中的应用 [J], 周以琳;戚淑芬
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基于RBF神经网络与Smith预估补偿的智能PID控制
Ｃｏｍｐｕ￣ｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用 基于ＲＢＦ神经网络与Ｓｍｉｔｈ预估补偿的智能ＰＩＤ控制 王菲菲，陈 玮 ＷＡＮＧ Ｆｅｉｆｅｉ．ＣＨＥＮ Ｗｅｉ 上海理工大学光电信息与计算机工程学院，上海２０００９３ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｌｉｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９３，Ｃｈｉｎａ ＷＡＮＧ Ｆｅｉ￣ｉ，ＣＨＥＮ Ｗｅｉ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＢＦ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｍ－ ｐｅｎｓａｔｉｏｎ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１２，４８（１６）：２３３－２３６． Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｏｆ ｂｉｇ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ａｒｅ ｎｏｒｍａｌｌｙ ｅｘｉｓｔ ｉｎ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ＲＢＦ—Ｓｍｉｔｈ．ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＲＢＦ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｎｄ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｌｇｏ－ ｒｉｔｈｍ ａｎｄ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｏｎｌｉｎｅ—ｓｔｕｄｙ，ａ ｓｅｌｆ－ｔｕｍｉｎｇ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ＲＢＦ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｉｇ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ，ｏｖｅｒｃｏｍｅ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ，ｇｅｔ ｓａｔｉｓ— ｆａｃｔｏｒｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｂｉｇ ｔｉｍｅ ｄｅｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｉｍｅ—ｄｅｌａｙ；ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ；Ｓｍｉｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ 摘要：针对工业控制中普遍存在的大滞后现象，提出了一种将ＲＢＦ神经网络算法和Ｓｍｉｔｈ预估补偿算法与传 统的ＰＩＤ控制器相结合的智能ＲＢＦ—Ｓｍｉｔｈ ＰＩＤ控制策略。该方法利用ＲＢＦ神经网络的在线学习、控制参数自 整定能力，和Ｓｍｉｔｈ预估补偿对纯滞后系统的良好控制，有效地克服了常规ＰＩＤ控制的缺陷，提高了系统的鲁 棒性和自适应性，对纯滞后系统起到了良好的控制。 关键词：纯滞后；神经网络；Ｓｍｉｔｈ预估控制；ＰＩＤ控制 文章编号：１００２—８３３１（２０１２）１６—０２３３—０４ 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＰ１３ ｌ 引言 在工业生产过程中，被控对象具有不同程度的 纯滞后，一般在滞后不显著时，为了简化控制系统， 常常忽略滞后的影响，而当滞后特性显著以至影响 系统控制品质时，则应对滞后特性进行有针对性的 控制。这类具有纯滞后的控制过程的特点是当控制 作用产生后，在滞后时间范围内，被控参数完全没有 响应，使得系统不能及时随被控制量进行调整以克 服系统所受的扰动。这样的过程采用常规的ＰＩＤ控 制器往往会产生较明显的超调量和需要较长的调节 时间，使过渡过程变坏，降低控制系统的稳定性。为 此，人们提出了许多先进的ＰＩＤ控制算法。 Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制器是一种纯滞后补偿模型， 其设计原理为：与ＰＩＤ控制器并接一补偿环节，使系 统消除纯滞后项，提高控制质量。ＲＢＦ神经网络具 有结构简单，学习速度快等优点，运用ＲＢＦ神经网络 的在线自学习能力整定ＰＩＤ参数，可以使既相互配合 又相互制约的比例、积分、微分控制作用实现最佳的 非线性组合，以适应对象特性的变化。 针对工业控制中普遍存在的纯滞后现象，本文 提出了一种基于Ｓｍｉｔｈ预估补偿算法和ＲＢＦ神经网 络算法的智能ＰＩＤ控制，该控制算法有效地利用了 Ｓｍｉｔｈ预估器对大时滞系统的良好控制和ＲＢＦ神经 网络强大的非线性映射能力和在线学习能力，克服 了常规ＰＩＤ控制的不足及纯Ｓｍｉｔｈ控制的局限性，构 成参数可调、自适应性强的ＲＢＦ—Ｓｍｉｔｈ．ＰＩＤ控制器。 这种智能ＰＩＤ控制器很好地改善了滞后对系统带来 的不良影响，提高了系统的鲁棒陛。 作者简介：王菲菲（１９８８一），女，研究生，研究领域：控制工程；陈玮，女，副教授，研究领域：计算机控制技术。 Ｅ—ｍａｉｌ：１ ０３４６３５６７０＠ｑｑ．ｔｏｍ 收稿日期：２０１１．０６．２４ 修回日期：２０１１－１０．１９ ＤＯＩ：１０．３７７８０．ｉｓｓｎ．１００２—８３３１．２０１２．１６．
Smith预估器控制设计
Smith预估器控制设计
《计算机控制》课程设计报告
题⽬: Smith预估器控制设计
姓名: 学号:
姓名: 学号:
姓名: 学号:2010年12⽉3⽇《计算机控制》课程设计任务书
指导教师签字：系（教研室）主任签字：2010年7 ⽉5 ⽇
Smith 预估器控制设计
⼀．实验⽬的
通过混合仿真实验，学习并掌握⽤于具有纯滞后系统的纯滞后补偿（Smith 预估控制）的设计及其实现。
⼆．实验内容被控对象为se
s G s
+=
-110)(1.0，画出系统框图，设计Smith 数字预估器。
三．控制系统仿真 1.⽅案设计已知纯滞后负反馈控制系统，其中
其中D(s)为调节器传递函数，se
s G s
+=
-110)(1.0为对象传递函数，其中
G 0(s)e -0.1s
包含纯滞后特性,纯滞后时间常数τ=0.1。
系统的特征⽅程为：0.1101()()1()
01s
e
D s G s D s s
-+=+=+
由于闭环特征⽅程中含有0.1se -项，产⽣纯滞后现象，有超调或震荡，使系统的稳定性降低，甚⾄使系统不稳定。
为了改善系统特性，引⼊Smith 预估器，使得闭环系统的特征⽅程中不含有0.1se
-项。 Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统为:
上图所⽰Z O H 为零阶保持器，传递函数：1()Tsh e G s s
--=
并且有：lT τ=（l 为⼤于1的整数，T 为采样周期）。2.采样周期T 的选择
采样周期在计算机控制中是⼀个重要的参数。从信号保真度看，采样周期不宜太长，即采样频率不应该过低。Shannon 采样定理给出了下限⾓频率ωs ≧2ωmax ，ωmax 为原信号的最⾼频率；采样周期应尽可能的短，以使采样后的离散信号可以近似于连续信号，数字控制具有接近于连续控制系统的质量。但采样频
率过⾼，将使得数据存数容量加⼤，计算⼯作量加⼤，并且采样频率⾼到⼀定程度，对系统性能的改善效果并不显著。所以，我们要找到⼀个最佳的采样周期。
纯滞后较⼤不可忽略时，可选择T 在/10τ附近，当纯滞后占主导地位时，可选择T 约为τ，再加上参考课本上表3.4扩充响应曲线法选择数字PID 参数计算公式，预选了l =2，3，5，10。但是在matlab 仿真时，l =2,3系统发散，所以 还剩下l =5，10。考虑到采样频率过⾼，将使得数据存储容量加⼤，计算⼯作量加⼤，所以选择l =5。则由公式τ=l T 得：/0.02T l τ==。 3.负反馈调节器D(z)的确定D(z)为负反馈调节器，通常使⽤PID 控制规律。扩充响应曲线法是⽤于有纯滞后的⼀阶对象，因此依据课本中表3.4扩充响应曲线法选择数字PID 参数计算公式，⽽且前⾯已确定采样周期T 与纯滞后时间常数τ的⽐值l =5，因此选定的PID 参数为：0/(/)0.73p k T τ= ，/ 3.6i T τ=，为PI 控制规律。
浅谈Smith预估控制及其改进算法
第２８卷第３期 Ｖｏ【．２８‘Ｎ０．３ 萍乡高等专科学校学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｉｎｇｘｉａｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ２Ｏｌ１年６月 Ｊｕｎｅ．２Ｏ１１
浅谈Ｓｍｉｔｈ预估控制及其改进算法
张斌，钟子良
（江西应用工程职业学院电气工程系，江西萍乡．３３７０００）
摘要：在工业过程控制领域中，时滞系统的控制一直受到人们的关注，也是目前过程控制研究领域的一个重要课 题。Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制方法从理论上为解决时滞系统的控制问题提供了一种有效的方法。 关键词：Ｓｍｉｔｈ预估控制；原理结构；改进算法 中图分类号：ＴＭ６２１．６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９１４９（２０１１）０３—０Ｏ２Ｏ—Ｏ４
１引言 在工业过程控制领域中，许多被控制对象都不同 程度存在着时滞现象，Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制方法最大 的优点是将闭环特征方程中的时滞去掉了，因而有时 滞过程的设计问题就转化成无时滞的问题。 ２ Ｓｍｉｔｈ预估控制器 Ｏ．Ｊ．Ｍ．Ｓｍｉｔｈ最早在１９５８年提出了预估控制 器，这是一个时滞补偿的预估算法。它通过估计对象 的动态特性，用一个预估模型作为补偿，从而得到一 个没有时滞的被调节量反馈到控制器，使得整个系统 的控制犹如没有时滞环节。它的结构是在常规控制器 上并联一个时滞预估器，从而构成Ｓｍｉｔｈ预估控制 器。当预估模型完全准确时，该系统闭环特征方程，其 中，是控制器的传递函数，是对象的传递函数。可见， Ｓｍｉｔｈ预估控制系统的最大优点就是将时滞环节移 到了闭环之外，使控制品质大大提高。但是，其最大的 缺点就是太过依赖精确的数学模型，当估计模型与实 际对象有误差时，控制品质会显著恶化，甚至发散，而 且对外部扰动非常敏感，鲁棒性较差。所以，一般的 Ｓｍｉｔｈ预估控制系统难以在实际中得到真正的应用。 ３ Ｓｍｉｔｈ预估补偿原理及结构 Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制是在系统的反馈回路中引 入补偿装置，将控制通道传递函数中的纯滞后部分与 其他部分分离，其特点是预先估计出系统在给定的信 号下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使被 延迟了的被调量超前反应到调节器，使调节器提前动 作，从而减少超调量并加速调节过程。如果预估模型 准确，该方法能够获得较好的控制效果，从而消除纯 滞后对系统的不利影响。使系统品质与被控过程无滞 后时相同。为考察Ｓｍｉｔｈ预估补偿系统的工作原理， 我们先从一般的反馈控制系统开始讨论，如下图１
史密斯预估补偿控制及matlab仿真
史密斯预估补偿控制及matlab仿真
史密斯预估补偿控制是一种常用的控制方法。在控制系统中，史密斯预估补偿器通过对系统进行预估来消除系统的时滞。这种技术主要适用于具有较长时滞的控制系统，如化工系统和电力系统。
Matlab是一种优秀的数学软件，可用于分析和仿真控制系统。在史密斯预估补偿控制中，Matlab可以用于实现控制系统的建模和仿真。
控制系统的建模包括将系统的物理过程转化为数学方程。这些方程可以描述系统的行为和特性。通过使用Matlab，可以轻松地将这些方程转化为计算机可读的形式，并用于系统的仿真。
控制系统的仿真可以帮助工程师更好地理解系统的行为和特性。通过在Matlab中设置控制算法并输入系统的参数，可以模拟系统的行为。这可以帮助设计者优化控制算法并测试其性能。
总之，史密斯预估补偿控制及其在Matlab中的仿真是现代控制工程师的重要研究内容。它们使得设计者能够更好地理解和优化控制系统的行为和性能。
串级与Smith预估补偿相结合的控制系统仿真研究
第２６卷 第５期 ２００２年１Ｏ月 武汉理工大学学报（詈至 差）
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ） Ｖｏ１．２６ Ｎｏ．５ ＯＣｔ．２００２
串级与Ｓｍｉｔｈ预估补偿相结合的控制系统仿真研究
郭姝梅 张颖超
（南京气象学院信息工程系 南京 ２１００４４）
摘要：针对副回路中包含大滞后过程的串级控制系统控制质量不佳的问题．提出将串级控制与
Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制相结合的控制策略．介绍了串级一Ｓｍｉｔｈ混合控制系统的结构及仿真实验．仿真
结果表明，这种混合控制系统不仅具有较好的控制效果．而且对模型误差具有更好的鲁棒性．
关键词：串级一Ｓｍｉｔｈ混合控制系统；串级控制；Ｓｍｉｔｈ预估补偿控制；纯滞后；仿真
中图法分类号：ＴＰ２７３
０ 引 言
随着工业生产的不断发展，对自动控制系统
的要求也越来越高．单回路控制系统往往不能满
足生产的要求．在常规控制系统中，串级控制系统
能够极大地改善控制的质量，因而，在工业生产过
程中得到了广泛的应用．对于控制过程中存在的
干扰，生产中往往采用串级控制系统，将主要的干
扰包含在副回路中，利用副回路的超前调节作用，
克服二次干扰对系统的不利影响．
在控制过程中，过程控制通道的纯滞后影响
控制的及时性，是降低控制品质的重要因素，当纯
滞后较大时，将使系统产生较大的动态偏差，稳定
性降低，无法满足生产的要求［１］．尤其当串级控制
系统的副回路中存在纯滞后时，会使副回路的调
节时间延长，降低副回路的快速性，使副回路的存
在失去意义．将Ｓｍｉｔｈ补偿引入串级控制系统的
副回路中，通过Ｓｍｉｔｈ补偿使控制器提前动作，从
而可以减小超调量、加速调节过程，使副回路的特 点得以发挥，因此可以取得很好的控制效果．
１ 系统结构
１．１串级控制系统结构
串级控制系统有两个回路（见图１），其主回