Smith预估器在大迟延系统中的应用

时间：2025-12-09

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《机床与液压》2006 No 4

Smith预估器在大迟延系统中的应用

张全庄,兰羽

(陕西工业职业技术学院电气工程系,陕西咸阳712000)

摘要:介绍了在大迟延系统中,利用Smith(史密斯)预估器模型的补偿特性,并将其加入到被控系统的反馈回路来

补偿过程的动态特性,以克服控制系统在纯PID控制、微分先行控制及中间反馈控制受定值扰动下所存在的超调量较大且响应速度很慢的缺点。

关键词:Smith预估器;大迟延系统;鲁棒性中图分类号:TP272;TP391 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2006)4-170-2

ApplicationofSmithPredictorinLargeTime-delaySystem

ZHANGQuanzhuang,LANYu(Dept ofElectricalEngineering,ShaanxiPolytechnicInstitute,XianyangShaanxi712000,China)

Abstract:ByutilizingthecompensationcharacteristicofSmithpredictormode,lthedynamiccharacteristicofprocesswascom pensatedbyapplyingSmithpredictorinthefeedbackloopofcontrolledsysteminlargetime-delaysystem,soitovercomethedisad

vantageoflargeovershootingandlowerspeedofresponsedisturbedbythesettledvaluewhenthecontrolsystemisinunmixedPIDcon tro,ldifferentialadvancedcontro,ltheintermediatefeedbackcontrol

Keywords:Smithpredictor;Largetime-delaysystem;Robustness

0 引言

在工业生产过程中,多数被控对象除了具有容积迟延外,往往不同程度地存在着纯延迟。例如在热交换器中,被调量是被加热物料的出口温度,而控制量是载热介质,当改变载热介质流量后,对物料出口温度的影响必然要延迟一个时间,即介质管道所需的时间。在这些过程中,由于纯延迟的存在,使得被调量不能及时反映系统所承受的扰动,即使测量信号到达调节器,调节机关接受调节信号后立即动作,也要经过纯延迟时间以后,才波及被调量,使之受到控制。因此,这样的过程必然会产生较明显的超调量和较长的调节时间。所以具有纯迟延的过程较难控制,其难控程度随纯迟延的增加而增加,当 /T增加,过程中的相位滞后增加,超调增加,可能会出现聚爆、结交等事故;有时则引起系统的不稳定,被调量超过安全限,危及设备及人身安全。而常规调节器,如PID调节器、微分先行调节器、中间反馈调节器虽适应性强,调整方便,但只能在控制要求不太苛刻的条件下使用。当控制精度要求很高时,则需要采取补偿控制手段,Smith预估补偿法具有鲁棒性好,对大迟延系统是一种极为有效的控制方法,其最主要的环节就是Smith预估器。1 控制系统的设计

1 1 建立Smith预估补偿数学模型

Smith预估补偿方法的特点是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,力图使被延迟了的被调量超前反映到调节器,使调节器提前动作,从而明显地减小超调量和加速调节过程。

1图1 控制系统结构原理图

图中Gp(s)是对象除去纯迟延环节e以后的传递函数,Gs(s)是史密斯预估补偿器的传递函数。假若系统中无此补偿器,则由调节器输出U(s)到被调

- s

量Y(s)之间的传递函数为:

Y(s)- s

=Gp(s)e(1)U(s)

(1)式中表明,受到调节作用之后的被调量要经过纯迟延之后才能返回到调节器。若系统采用预估补偿器则调节量U(s)与反馈到调节器的信号Y (s)之间的传递函数是两个并联通道之和,即:

Y (s)- s

=Gp(s)e+Gs(s)(2)U(s)为使调节器采集的信号Y (s)不至迟延 ,则要求(2)式为:

Y (s)- s