基于simulink的时滞过程smith预估控制与imc研究方法研究

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1、基于Simulink的时滞过程Smith预估控制与IMC控制方法研究姓名：学号：院（系）：班级：基于Simulink的时滞过程Smith预估控制与IMC控制方法研究TimedelayprocessbasedonSimulinkSmithpredictioncontrolandIMCcontrolmethodresearch摘要AbstractSmith预估控制方法可以有效地对时滞进行补偿，但Smith预估控制依赖于被控对象精确的数学模型，模型误差会大大影响控制效果。PID是工业过程控制中应用最为广泛的一种

2、方法，但对于时滞过程PID的作用却并不理想，在时滞系统的控制中，常常将Smith预估控制方法与PID相结合。将系统的滞后环节用Taylor级数展开，根据内模控制原理设计控制器，并利用Matlab软件对响应进行仿真。仿真结果表明，内模控制与传统PID控制比较，其动态性能更好，内模控制器设计简单方便，具有一定的实用性。Smithpredictioncontrolmethodtocompensatethetimedelaycanbeeffective,butSmithpredictioncontroldepen

3、dsonthecontrolledobjectaccuratemathematicalmodel,themodelerrorwillgreatlyinfluencethecontroleffect.PIDisthemostwidelyusedinindustrialprocesscontrolisakindofmethod,buttodelaytheprocessPIDisnotideal,inthecontrolofaclassoflinearsystem,oftenwillSmithpredictio

4、ncontrolmethodcombinedwithPID.SystemlaglinkwithTaylorseriesexpansion,accordingtotheprincipleofinternalmodelcontroldesigncontroller,anduseMatlabsoftwaretosimulationtheresponse.SimulationresultsshowthatinternalmodelcontrolcomparedwiththetraditionalPIDcontro

5、l,itsdynamicperformanceisbetter,internalmodelcontrollerdesignissimpleandconvenient,hasacertainpracticality.关键词：Smith预估控制PID内模控制时滞环节Smith预估控制一、基本原理PID控制器因算法简单、鲁棒性好、可靠性高，一直是工业生产过程中应用最广的控制器。然而实际生产过程往往具有非线性、时变不确定性，应用常规PID控制不能达到理想的控制效果。这时往往不得不采用模型预测控制、自适应控制等先进

6、控制策略来获得更好的控制性能。近年来越来越多的研究人员就上层采用模型预测控制这类先进的控制算法，而底层保留传统的PID控制算法，即所谓的预测PID控制算法，展开了一系列的研究。1、纯滞后产生的主要原因：1）物料及能量在管道或者容器中传输及运送需要时间；2）物质反应、能量的释放及能量交换需要一定过程和时间；3）设备和设备之间的串联需要许多的中间环节；4）测量装置的响应时间；5）执行机构的动作时间；在控制对象调节通道、测量装置及执行机构等环节存在纯滞后时，控制系统闭环特征方程中就存在纯滞后因子，而且存在纯滞后

7、的环节较多时,系统滞后时间也将随之增加。因此明显降低了系统的稳定性，而且纯滞后时间越长，系统稳定性就越差。由于纯滞后的存在，调节作用不及时，导致被调节系统的动态品质下降。纯滞后越大，则系统的动态品质越差。2、史密斯预估器原理在单回路控制系统中，控制器的传递函数为GC(s)，被控对象传递函数为GO(s)e-ts，被控对象中不包含纯滞后部分的传递函数为GO(s)，被控对象纯滞后部分的传递函数为e-ts。则系统的闭环传递函数为Φ(S)=[GC(S)GO(S)e-τs]/[1+GC(S)GO(S)](1)由式(1

8、)可以看出，系统特征方程中含有纯滞后环节，它会降低系统的稳定性。史密斯补偿的原理是：与控制器Gc(s)并接一个补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个补偿环节传递函数为Gm(s)=Go(s)(1-e-ts)，t为纯滞后时间，补偿后的系统如图1所示。R(s)R(s)Gp(s)Gc(s)---Gm(s)图1史密斯补偿后的控制系统从图中可以看出，若无系统延时时，系统等同于简单的预测PID控制回路；而当系统有延时时，延时对系统的