史密斯模糊整定PID 控制器的设计及仿真

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1、http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛史密斯模糊整定PID控制器的设计及仿真毛建东(西北第二民族学院电子与信息工程系，银川750021)摘要：对传统的史密斯预估器进行改良。针对传统的史密斯控制系统过分依赖被控对象的精确数学模型、以及当预估器与实际对象有差异时控制效果不佳的缺点，提出了史密斯纯滞后补偿和模糊整定PID参数原理相结合的集成控制算法，该算法将该模糊自适应整定PID控制器引入史密斯控制系统中，用模糊控制器取代原系统的控制器；并将该方法用于激光晶体生长系统的控制中，结果表明，该系统同时兼

2、顾了史密斯控制和模糊控制的优点，对纯滞后、参数时变的激光晶体生长系统有很好的控制作用。关键词：史密斯预估控制；模糊控制；PID控制器；SIMULINK；中图分类号：TP273文献标识码：ATheDesignandSimulationofSmithandFuzzyTurningPIDControllerMAOJian-dong(DepartmentofElectronic&InformationEngineering,TheSecondNorthwestUniversityForMinorities,Yinchuan,750021,China)Abstract:Aimp

3、rovedSmithpredictorisproposed.AccordingtoTheshortcomingoftraditionalSmithperditioncontrolrelyingonprecisemathematicmodelandthedifferencebetweenSmithpredictorandcontrolledobject,theSmithpurehysteresiscompensationprincipleandFuzzyadaptiveturningPIDparametercontrolintegratedalgorithmareado

4、pted.ThecontrolleroftraditionalSmithpredictionsystemisreplacedbyFuzzyturningPIDcontroller.Andthemethodisadoptedinthecontrolleroflasercrystalgrowthsystem.Themethodadoptedisfeasiblebyproveofexperimentresult,theadvantagesoftheFuzzyPIDcontrollerandSmithpredictorarecombinedandthesatisfyingco

5、ntroleffectsaregainedforthelasercrystalgrowthsystemwiththenonlinear,greatinertia,purehysteresisandtime-variedcharacteristics.Keywords:SmithPredictivecontrol;Fuzzycontrol;PIDcontroller;SIMULINK;1．引言工业过程控制的对象通常都具有纯滞后环节，对纯滞后较大的环节，常规PID控制很难取得预期的效果，如图1所示。史密斯提出预估补偿控制方案，针对系统闭环特征方程中含有的纯滞后项，引入预估

6、补偿环节，从而使系统闭环特征方程中不含纯滞后项，提高了控制质量。如图2所示。图1.带纯滞后环节的控制系统图2.带史密斯预估器的控制系统D(s)G(s)经补偿后，图2的闭环传递函数为：p−τsφ(s)=e（1）1+D(s)G(s)p−τs式（1）表明，e在闭环控制回路之外，其作用仅将控制作用在时间上推迟了时间τ，控制系[1]统的其他性能指标都与对象特性为Gp（s）的完全相同。从而消除了纯滞后部分对控制系统的影响。但是传统的史密斯预估器是基于被控对象精确数学模型而设计的，对模型的误差十分敏感，因[2]此对于缺乏精确模型或参数时变且具有滞后的过程控制系统，则很难取得令人满意

7、的控制效果。本文考虑到模糊控制具有对被控对象模型参数变化不敏感的优点，再考虑到PID控制器对系统的参数变化具有自适应能力，用模糊自适应整定PID控制器取代原系统的控制器D(s)，便构成了史密斯－模糊整定PID集成控制系统，如图3所示。http://www.elecfans.com电子发烧友http://bbs.elecfans.com电子技术论坛图3.史密斯－模糊整定PID集成控制系统2．模糊整定PID控制的基本原理将模糊控制和PID控制两种算法结合，便构成模糊整定PID控制器，如图4所示。模糊控制由常规PID控制和模糊推理两部分组成，模糊推理部分的