1、广义对象纯滞后补偿戴连奎浙江大学控制学院 2016/05/12问题讨论某一换热器如右图所示，要求采用蒸汽流量RV 控制工艺介质的出口温度 T2。试依据下列情况设计相应的控制方案：情况情况#1：工艺介质流量 RF 与蒸汽入口压力 PV 均比较稳定；情况情况#2：RF 稳定，而 PV 变化频繁；情况情况#3：RF 变化频繁，而 PV 比较稳定；情况情况#4：RF 与 PV 均变化频繁。内 容n纯滞后对控制性能的影响n用于纯滞后补偿的Smith预估器n改进的Smith纯滞后补偿器n仿真举例问题讨论(1)对于下列两个广义对象，试搭建 Simulink 模型，并比较常规PID控制性能；(2)对于纯滞后相
2、对较大的被控对象，你能否提出一些补偿方法?过程模型：;140.2)(2spessG.140.2)(8spessG常规 PID 控制系统;140.2)(2spessG.140.2)(8spessG问题：采用Ziegler-Nichols 或 Lambda 整定法确定 PID 参数，并比较其数值大小详见 SimuLink 模型 SISODelayPlant/PIDLoop.mdl过程模型：0204060801001201401601802005860626466687072747678Output of TransmitterTime,min%setpointZiegler-Nichols Tun
3、ingLambda Tuning仿真例子#1对于 PID 控制器,Z-N 整定法：Kc=1.2,Ti=4 min,Td=1 min Lambda 整定法：Kc=0.83,Ti=4 min,Td=1 min;140.2)(2spessG020406080100120140160180200586062646668707274767880Time,min%Output of Transmitterset pointZ-N tuningLambda tuning,Td=1 minLambda tuning,Td=4 min仿真例子#2对于 PID 控制器,Z-N 整定法：Kc=0.3,Ti=16 m
4、in,Td=4 min Lambda 整定法：Kc=0.2,Ti=4 min,Td=4 min82.0();41spGses对象纯滞后时间对控制系统性能的影响82.0();41spGses;140.2)(2spessG0204060801001201401601802006065707580min%YspYm1Ym2纯滞后不显著对象：纯滞后显著对象：过渡过程时间分析？Smith补偿的基本思路（1957）Kpgp(s)+_+Gc(s)+D(s)R(s)Y(s)seProcessKpgp(s)+_+Gc(s)+D(s)R(s)Y(s)seProcess基本Smith预估器Kpgp(s)+_+Gc(
5、s)+D(s)R(s)Y(s)seProcessU(s)Km gm(s)sme+_Smith PredictorY 2(s)Y 1(s)+基本Smith预估器#2+_+Gc(s)+D(s)R(s)Y(s)+_U(s)spppesgK)()(sgKmm+smmmesgK)(详见 SimuLink 模型 SISODelayPlant/PID_Smith.mdl020406080100120140160180200586062646668707274767880Time,min%Output of Transmitterset pointPID with Smith compensatorSimpl
6、e PID Smith预估器 的仿真结果（对象特性与模型一致时）基本 PID控制器：Kc=0.2,Ti=4 min,Td=1 minPID+Smith:Kc=2,Ti=4 min,Td=1 min8()()2.0;41mpsGsGses02040608010012014016018020055606570758085Time,min%Output of Transmitterset pointPID+SmithSimple PIDSmith预估器的仿真结果（对象特性与模型不一致时）基本 PID控制器：Kc=0.2,Ti=4 min,Td=1 minPID+Smith:Kc=2,Ti=4 min
7、,Td=1 min862.0();412.0()41smspGsesGses改进的Smith预估器11)(sTsGff预测误差滤波器：020406080100120140160180200586062646668707274767880Time,min%Output of Transmitterset pointPID+Smith with Gm=GpPID+Smith with Gm GpSimple PID改进Smith预估器 的仿真结果（对象特性与模型不一致时）PID+Smith:Kc=2,Ti=4 min,Td=1 min862.0();412.0();411()41smspfGses
8、GsesGss改进Smith预估器与内模控制器11)(sTsGff预测误差滤波器：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)参考轨迹模型内模控制器输出无余差条件(讨论)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（1）计算 Y(s)/R(s)、Y(s)/D(s)（2）对于设定值与外部扰动的阶跃变化，使闭环系统输出无余差的条件小结n了解Smith预估器的设计思想，以减少纯滞后的影响n指出Smith预估器的优缺点，当对象特性变化较大时，如何改进Smith预估器n通过比较常规PID、PID+Smith预估器的控制性能，了解Smith预估器与内模控制可能的应用场合。
