Smith预估控制原理

二、Smith预估控制原理D(S)Y(S)Y(S)R(S)E(S)—()sGSe具有纯延迟的单回路反馈控制系统R（s）E（s）─D(s)为控制器的传递函数。G(s)为对象不包含纯滞后部分的传递函数，其中为对象纯滞后部分的传递函数。seseY(s)传递函数为：()()()()()1()()ssYSDSGSSeRSDSGSe由于在分母中包含纯滞后环节，它降低了系统的稳定性，如果纯滞后时间足够大的话，系统将是不稳定的，并且降低了系统的控制质量，大大恶化了闭环系统的品质。如果能将G（S）与分开，并以G（S）为过程控制通道的传递函数，以G（S）的输出信号作为反馈信号，则可以大大改善控制品质。Z这就需要引入了一个与对象并联的补偿器，该补偿器称为Smith预估器，其系统图如下seD(S)Y(S)Y(S)R(S)Y(S)——()sGSe()(1)sGSeR（s）E1（s）E2（s）令前向通道传递函数为()()()1()()ssDSGSeGSDSGSe所以该系统的闭环传递函数()()()()1()1()()ssGSDSGSeSGSDSGSe这样，引入了Smith预估器后，系统中等效对象的传递函数就不含纯滞后环节部分seD(S)G（s）R(S)_se显然，经Smith预估补偿后，已消除了纯滞后部分对控制系统的影响，而受控制对象的纯滞后部分在等效系统的闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性。所以对任何纯滞后时间，系统都是稳定的。等效图01()()()()()tPDIdetutKetetdtTTdtPKPID控制基本原理图PID控制系统主要由PID控制器和被控对象所组成，而PID控制器则由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节组成，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成的偏差信号e(t)，并将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制。PID控制器的数学模型可以用下式表示：式中u(t)-控制器的输出；e(t)-控制器的输入，它是给定值和被控对象输出的差，称为偏差信号；-控制器的比例系数；-控制器的积分时间；-控制器的微分时间。ITDT三、PID控制器PID控制器各控制规律的作用如下：（1）比例控制（P）：比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能较快克服扰动，使系统稳定下来。但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（2）积分控制（I）：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称此控制系统是有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”积分项对误差的累积取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会越大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。但是过大的积分速度会降低系统的稳定程度，出现发散的振荡过程。比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。（3）微分控制（D）：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。