1、纯滞后过程控制主要内容n问题引出nSmith 补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真常规 PID 控制系统pGcase1：;1100.1)(4spessGcase2：;1100.1)(10spessGcase3：;150.1)(4spessG比例积分控制器会发生什么情况？常规PID控制仿真case1：41.0()101spGsescase2：101.0()101spGsescase3：41.0()51spGses怎么办？n当过程的纯滞后时间与主导时间常数之比超过0.5时，常规控制器的控制效果比较差。主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模
2、控制仿真Smith预估控制器()cG s()ppk gspse()D s()Y s()Y s()R s()cG s()ppk gspse()D s()Y s()Y s()R s()()()()1()()ppcppck gs G sY sR sk gs G s()()()1()()ppppck gsY sD sk gs G sSmith预估补偿原理关键是内部模型！()cG s()ppk g spse()D s()Y s()Y s()R s()cG s()psppk gs e()sG s()R s()U s()D s()Y s()Y s+-Smith预估补偿原理()cG s()psppk gs e
3、()sG s()R s()U s()D s()Y s()Y s+-()()()()()()()1()()1()()()ppsppscppcsppcppsck gs eG sG sk gs G sY sR sk gs G sk gs eG sG s()()()psppppsk gsk gs eG s()()1pssppG sk gseSmith预估补偿器()()1pssppG sk gse()cG s()psppk gs e()1psppk gse()R s()U s()D s()Y s()Y s+-是否也能改善对噪声的抑止？Smith预估控制器()cG s()psppk gs e()ppk g
4、s()R s()U s()D s()Y s()Y s+-+-pse+PID控制器Smith预估控制器仿真10se10se仿真 模型一致的情况Kc=1.1Ti=20Kc=10Ti=1单回路PIDSmith预估Smith预估控制器仿真10se8se仿真 模型不一致的情况模型无偏差模型有偏差主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真基本内模控制结构内模控制器 不是PID控制器()cG s 如何构成的？()cG s()cG s()pG s()mGs()dG s()Y s()D s()U s()R s()eD s内模控制器()cG s()pG s()mGs
5、()dG s()Y s()D s()U s()R s()eD s1()()()()()1()()()()cmdcpcmG s GsGsY sD sG s GsG s Gs()0Y s 情况情况I：R(s)=0,D(s)=幅值为1的阶跃干扰 1()()cmG sGs内模控制器()cG s()pGs()mGs()dGs()Y s()D s()U s()R s()eD s()()()()1()()()()pccpcmGs G sY sR sG s GsG s Gs()()Y sR s情况情况II：D(s)=0,R(s)01()()cmG sGs内模控制的闭环传递函数()()()1()()()()()
6、1()()()1()()()pcdcmcpmcpmGs G sGsG s GsY sR sD sG sGsGsG sGsGs由基本的内模控制结构图，可得：()cG s()pGs()mGs()dGs()Y s()D s()U s()R s()eD s1()()cmG sGs主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真实际内模控制器1()()cmG sGs()1msmmmK eGsT s控制器是内模的逆！是否可以实现？1()msmcmT seG sK纯超前环节分子阶次比分母高结论：结论：理想控制器不可实现！理想控制器不可实现！实际内模控制器1()()c
7、mG sGs1231()11mmmmmKT sGsT sT s控制器是内模的逆！是否可以实现？23111()1mmcmmT sT sG sKT s如果为负，不稳定控制器分子阶次比分母高结论：结论：理想控制器不可实现！理想控制器不可实现！用计算机很容易实现！实际内模控制器1cmKK根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。首先将内部模型分为静态部分和动态部分：控制器动态近似为模型动态的逆！1()cmggs如何实现近似？实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即实际内模控制器()()()mmmgsgs gs将模型的动态部分进行因式分解：不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零
8、点可逆部分，剩余的环节111()()()cmmmG sKgsGs实际内模控制器111()()()cmmmG sKgsGs1231()11mmmmmKT sGsT sT s23111()1mmcmmT sT sG sKT s分子阶次比分母高怎么办？加入一个静态增益为1的低通滤波器f实际内模控制器()cG s()fGs()pGs()mGs()dGs()Y s()D s()U s()R s()eD s1()1frfGsT s设为希望的闭环函数的时间常数 使分母的阶次不小于分子的阶次主要内容n问题引出nSmith 纯滞后补偿器n内模控制的结构n实际内模控制器n内模控制仿真内模控制仿真18se内模控制仿真1 设定值响应Tf 1Tf 4Tf 10Tf 20内模控制仿真1 干扰响应Tf=1Tf=4Tf=10Tf=20内模控制仿真28se10se内模控制仿真2Tf 1Tf 4Tf 10Tf 20完全的内模控制结构Gc(s)控制器Gp(s)受控过程Gm(s)内部模型D(s)Y(s)Ym(s)U(s)R(s)De(s)+_+_+Gf(s)滤波器Gr(s)参考轨迹模型
