史密斯预估控制在大滞后过程控制系统中应用论文

公司搞笑三句半台词1.各位同事晚上好，欢迎大家都来到，不管说得好不好，别跑!(小张做跑状，柏将其抓回)2.心情开朗事事好，出门就有财神到，中了彩票开礼包，我靠，香皂!(刘准备香皂，江表演)3.上来说段三句半，大事小事胡乱侃，如有雷同你别喊，谁敢!(集体向观众做指责状)4.今年公司形势好，代理项目真不少，全国各地到处搞，真能搞!(集体摆出造型)5.北京先把地方占，天津来个游击战，南昌起义把钱赚，不赚白不赚!6.领导体贴又周到，卢总亲自送调料，送完花生榨菜到，挺帅!(阿蒙扮演卢总，与诸位握手，发榨菜)7.秦总嗓大又搞笑，吃饭不忘放大炮，战略工作少不了，挺好!(集体伸出大拇指做夸奖状)8.销售工作不怕难，帅哥美女齐把关，各个出手不一般，签单!9.市场调研很重要，跑到脚上起了泡，顺便能把媳妇找，赚到!(占军准备结婚证，做动作)10.策划工作事不少，头脑风暴天天搞，管了围墙管广告，晕倒!(全体晕倒状)11.行政工作很琐碎，挺着肚子无所谓，每份付出都珍贵，哇赛!(江做孕妇状)12.财务部门重头炮，整天盯着数字跑，万一工作出了错，检讨!(众人指责，小师妹哭)13.今晚大家来聚会，喝酒千杯不怕醉，管他明年累不累，喝完就睡!(江、胖子做睡状)14.为了今晚联欢会，兄弟姐妹齐准备，精彩节目排着队，撤退(集体向右转，跑步、喊口号撤退)公司晚会搞笑节目《三句半》1、锣鼓叮咚敲起来，喜迎新春乐开怀，我们四人台上站，说段三句半2、各位来宾上午好，我给大家拜年了，不管说得好不好，别跑!3、今年公司形势好，签的合同真不少，全年任务提前完，赚钱4、一靠国家政策好，建设项目真不少，全国处处基建搞，很好5、二靠各位业务员，不辞劳苦作宣传，某某公司人人知，有名了6、尽管市场有困难，业务人员是猛男，为销产品招用尽，签单7、英雄首推某某某，人精腿快脑子灵，全年完成三佰万，模范8、其实某某也不差，就是没敢说实话，大家知道为了啥，怕太太问提成干了啥9、公司人人不简单，夜以继日把活干，这般辛苦为哪般，挣钱11、生产部，很辛苦，加班加点经常有，二天的活一天干，没人怨12、质量检验没麻达，优质产品天天发，楼上楼下忙着跑，真好13、财务部，不简单，开源节流严把关，今年增收多少万，不能说14、行政管理事不少，福利调动评功劳，一切都为公司好，别累倒15、后勤供应很琐碎，您可别说无所谓，每份付出都珍贵，不说累16、售后服务辛苦了，常年在外把家抛，里里外外妻子干，心别变17、公司上下协作好，民主决策勤思考，不靠蛮干靠动脑，搞好18、各位股东你们好，抽出时间多指导，心中感激如江涛，步步高19、在座各位听我言，真情祝福涌心田，生活美好比蜜甜，多发压岁钱20、各位先生事事顺，出门就交发财运，中了礼包中奖票，别是香皂21、各位女士身体好，苗条美丽像块宝，爱情甜蜜老公好，撒娇22、明年公司有巨变，改革创新要实现，三星明天更灿烂，靠干23、年终奖金人一万，外加茅台三箱半，这个经理我来干，不算24、今天大家来聚会，洗净一年苦与累，憧憬明天心儿醉，信心百倍25、为了今天联欢会，全体员工齐准备，精彩节目排着队，咱撤退。

时变大时滞系统的控制方法综述1 引言在化工、炼油、冶金、玻璃等一些复杂的工业过程当中,广泛地存在着大时滞现象。

由于时滞的存在,使得被控量不能及时地反映系统所承受的扰动,从而产生明显的超调,使得控制系统的稳定性变差,调节时间延长,对系统的设计和控制增加了很大的困难。

而时变时滞的特性则使得问题更加复杂,因而对此类问题的研究具有重要的理论和实际意义。

自从1957年Smith首次提出针对时滞系统的预估控制方法以来,许多学者在这一领域进行了广泛而深入的研究,相继提出了许多行之有效的控制方法。

根据对专统数学模型的依赖程度的不同,这些方法大致可以分为自适应控制和智能控制两大类。

本文即对此进行了总结介绍,分析了各种控制方法的优点及其所存在的局限性,并且探讨了该领域今后的发展方向。

2 Smith预估器Smith预估器是得到广泛应用的时滞系统的控制方法。

该方法的基本思路是:预先估计出系统在基本扰动下的动态特性,然后由预估器对时滞进行补偿,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,从而抵消掉时滞特性所造成的影响:减小超调量,提高系统的稳定性$加速调节过程,提高系统的快速性。

Smith预估器的原理如图1所示。

图1 Smith预估器控制框图从理论上分析,Smith预估器可以完全消除时滞的影响,从而成为一种对线性、时不变和单输入单输出时滞系统的理想控制方案。

但是在实际应用中却不尽人意,主要原因在于:Smith预估器需要确知被控对象的精确数学模型,而且它只能用于定常系统。

这一条件事实上相当苛刻,因而影响了Smith预估器在实际应用中的控制性能。

在Smith预估器的基础上,许多学者提出了扩展型的或者改进型的方案,这些方案包括:多变量Smith预估控制,非线性系统的Smith预估器,改进的Smith预估器。

这些方法由于并没有减小对系统数学模型的依赖程度,因而同样也具有很大的局限性。

3 自适应控制方法对大多实际控制过程而言,被控对象的参数在整个被控过程中不可能保持定常,对于这一类系统,如果采用常规的控制方法,不仅控制性能会变差,而且还会造成系统发散,然而利用自适应技术却可以获得比较满意的控制效果。

ｏ ｅｓｓ ｍ ｉａ ｏｉｐｅ ｅｔｄＴ ｅｄｌｙｐｏｌ ａ’ ｅｓｌｅ ｏ ｐｅｅ ｙａｊｓｎ ａｖｓｔｅＳ ｉ ｆｈ ｔ ｓ ｌｍ ｎｅ， ｈ ｅ ｒｂｅ ｃｎ ｔ ｏ ｄｃｍ ｌｔｙｂ ｄ ｔ ｇｖｌｅ．ｈ ｍｔ ｔ ｙｅ ｓ ｌ ｍ ａ ｍ ｂ ｖ ｌ ｕｉ ｈ
ｐｅｉｔ ｅｃ ｎ ｏ ｉ ｔ ｎａ ｏ ｔ ｅｄ ｓ ｎｏ ｅａｊｓ ｅ ｔ ｏｍａ ｅｕ ｏ ｅｌｎ ｉ ｅｄ ｌ ． ｔ ｈ ｒｄｃｉ ｏ ｔ ｌ ｓ ｈ ｄ ｐｅ ｉ ｔ ｅｉ ｆ ｈ ｄｕｔ ｎ ｔ ｖ ｒ ｅ ｄｎｈ ｇ ｔ ｍ ｋ ｐｆｒ ｈ ｏｇｔ ｅａ Ａ ｅ ｔ ｍ ｙ ｔ
ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｎ ； ｙ ｔ ｍ ｉ ｌ ｔ ｏ
在 甲醛工业生产过程 中， 被控对象往往不同程度 地存在着纯迟延。当过程等效纯迟延时间 丁 与等效时 间常数 之 比大于 ０ ３时 ， ． 称该过程为具有大迟延的 工艺过程。这种过程在生产 中普遍存在 ， 采用常规的 Ｐ 或 ＰＤ控制器难 以获得满意的控制性能 ， 了维持 Ｉ Ｉ 为 系统的平稳 ， 控制器的参 数必须远远低于其最佳整定
Ｓａｇ ａ ２ １２ ， ｈｎ；３ ｏｅｅｏ ｏｔ ｃ ｎｅａ ｄＥ ｇ ｅｒ ｇ Ｓａ ｄｎ ｎｖｒｉ ，ｉａ ５ ０ １Ｃ ｉａ ｈ ｈ ｉ ０ ６ ０ Ｃ ｉａ ．Ｃ ｌ ｇ ｆ ｎｍｌ ｉ ｃ ｎ ｎｉ ｅ ｎ， ｈ ｎｏｇＵ ｉ ｓ ｔ Ｊ ｎ ２０ ６ ， ｈｎ） ｎ ｌ Ｃ Ｓｅ ｎ ｉ ｅ ｙ ｎ
Ｍ ａ ｕ ａ ｔ ｒｎ ｎ ｒ ｌｏ ｒ ｌ ｅ ｙ ｅ ｎ ｆ ｃ ｕ ｉ ｇ Ｃｏ ｔｏ ｆＦｏ ｍａ ｄ ｈ ｄ
ＧＡＯ Ｌｎ ｌｎ ＨＡＯ ａ ｇ ｒｎ ＤＩ ｉ—ｏ ｇ ， Ｋｕ ｎ —ｏ ｇ ， ＮＧ ｎ —ｈ ｎ Ｙｏ ｇｓ ｅ ｇ ’ Ｓ ｎ —ｕ Ｌ Ｕ Ｈｏ ｇ ｐ ， ＨＩＨｏ ｇ ｒ ｉ， Ｉ ｎ — ｏ

Fuzzy自调整PI D的Sm i t h预估主汽温控制系统产品与应用王斌1李鹏2(1．河北省电力研究院，石家庄050021；2．河北兴泰发电有限公司，河北邢台054000)摘要针对火电厂锅炉主汽温系统的大滞后、大惯性，非线性等特点，设计了Fuz zy自调整P I D 参数的Sm i t h预估主汽温控制系统。

运用M a t l ab对系统在多种工况下进行了仿真，结果表明所设计的控制系统在控制品质，鲁棒性方面明显优于常规的Sm i t h预估控制系统。

关键词：主汽温系统；Fuzz y自调整PI D；模型不确定性；参数自整定；仿真M ai n St r eam T em per at ur e C ont r ol Sys t em s B as ed on Fuzzy Sel f-t uni ngPI D Sm i t h C ont r ol l er sW ang B i n7L i Pen92(1．H ebei E l ect r i c P ow e r R es ear ch Inst i t ut e，Shi j i azhuang050021；2．H e be i X i ngt ai P ow e r C o．，L t d．，X i ngt a i，H ebe i054000)A bs t r act I n or d er t O ove r co m e t he l a r ge del ay、t he gr ea t l ner t i a and nonl i ne ar of t he m ai n s t r eamt em per at u r e obj ect i n f oss i l f i r ed pow e r st a t i on，a c ont r ol s ys t em bas ed on Fuz zy Sel f-t uni ng P I D Sm i t hC ont r ol l er i s pr opos ed．T hr ough s i m ul at i on i n var i ous si t uat i ons us i ng M a t l ab，i t s ho w s t ha t t he cont rolqual i t y and r obust ness of t hi s c ont r ol s ys t em appar ent l y ar e s upe ri or t o gener al Sm i t h pre di c t i on c ont r ol sys t em．K ey w or ds=m a i l s t ream t em per at u r e s yst em；s el f-t uni ng PI D by f uz zy；m od el uncer t ai nt y；param et er s s el f-t uni ng；s i m ul at i on1引言结果表明，该控制器能达到较为满意的控制效果。

下面再来分析调节通道有纯滞后的情况，系统方框图如图卜４所示：
图１－４对象调节通道含有纯滞后的闭环系统
同理可以得到：
Ｃ（ｓ）一 Ｇ。（ｓ）Ｇ。（５）ｅ１ Ｒ（ｓ） １＋Ｇ。（ｓ）Ｇ。（ｓ）日０弦一
∽ 即Ｄ
Ｃ（引一
Ｇ。（ｓ）
三（ｓ） １＋Ｇｃ（Ｊ）Ｇ。（ｓ）Ⅳ（ｓ）Ｐ１
∽扣动
它们的特征方程式都可以表示为：
ｌ＋Ｇｃ（ｓ）Ｇ。（５）日（５）Ｐ一＝０
（１－２—６）
３．反馈通道有纯滞后
此外若仅反馈通道中测量元件Ｈ（ｓ）具有纯滞后， 此时闭环传递函数为：
皇盟： 鱼！！狂盟
Ｒ（５） １＋Ｇ。（５）Ｇ０（ｓ）Ｈ（ｓ）ｅ１
（卜２—７）
Ｃ（ｓ）
Ｇ。（ｓ）
Ｌ（ｓ） ｌ＋Ｇ。Ｏ）Ｇ。（ｓ）日（ｓ弦１
（１－２—８）
其特征方程式的形式与式（１－２—６）相同。
后和控制存在滞后的时滞系统的变结构控制。仿真研究均说明了所设计的模糊自
适应控制算法和变结构控制算法的有效性。最后论文讨论了电厂锅炉过热汽温的 模糊控制系统，并设计了其硬件电路实现图。
关键词： 纯滞后 模糊控制 变结构控制 锅炉
塑更查兰堡主兰堡笙茎
Ａｂｓｔｒａｅｔ
Ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｉｅｌｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅｏｒｙ．
Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｔｉｍｅ－ｄｅｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｔｉｍｅ—ｄｅｌａｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．

基于MATLAB的大延迟系统的PID控制与Smith预估器控制的仿真分析俞倩兰【摘要】介绍了PID控制与Smith预估器的原理及特点,仿真实例验证了Smith 预估器对大延迟系统的有效控制作用.【期刊名称】《常熟理工学院学报》【年(卷),期】2006(020)006【总页数】3页(P67-69)【关键词】大延迟系统;PID控制;Smith预估器【作者】俞倩兰【作者单位】常熟理工学院,信息与控制工程系,江苏,常熟,215500【正文语种】中文【中图分类】TP2在过程控制中，当过程的纯延迟时间τ与其动态时间常数T满足τ/T≥0.3时，则为大延迟系统。

具有大延迟工艺过程的自动控制是过程控制中最棘手的问题之一，很难控制。

当τ/T增大，控制过程中的相位滞后也增大，使得被控量不能及时反映系统所遇到或承受的扰动，即使检测信号到达调节器使之动作，也需要经延迟时间τ后，才会改变被控量使系统得到控制。

于是，系统控制过程必然会经过较长的调节时间并产生明显的超调。

带延迟特性过程控制的难度随着延迟时间τ的增大而加大，大延迟控制系统一直都是控制界特别关注的课题。

虽然科学工作者花了大量心血，但收效甚微。

本文仅对大延迟控制系统的一般PID控制与Smith预估器控制进行MATLAB仿真分析。

PID控制器在工业过程控制中有着非常广泛的应用。

在图1所示的单位反馈控制系统中，PID控制器产生控制信号：u(t)=KP e(t)+KIe(τ)dτ+KD,式中e(t)为误差信号，KP为比例增益，KI 为积分增益，KD为微分增益。

对该式进行拉普拉斯变换后得到PID控制器的传递函数为：Gc(s)==KP++KDS,参数KP ，KI ，KD对图1所示的闭环系统的作用见表1。

Smith预估器控制的基本思路是：预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控制，力图使被延迟了τ的被调量提前反映到调节器，并使之动作，以此来减小超调量与加速调节过程。

Smith预估器控制设计《计算机控制》课程设计报告题⽬: Smith预估器控制设计姓名: 学号:姓名: 学号:姓名: 学号:2010年12⽉3⽇《计算机控制》课程设计任务书指导教师签字：系（教研室）主任签字：2010年7 ⽉5 ⽇Smith 预估器控制设计⼀．实验⽬的被控对象为ses G s+=-110)(1.0，画出系统框图，设计Smith 数字预估器。

三．控制系统仿真 1.⽅案设计已知纯滞后负反馈控制系统，其中其中D(s)为调节器传递函数，ses G s+=-110)(1.0为对象传递函数，其中G 0(s)e -0.1s包含纯滞后特性,纯滞后时间常数τ=0.1。

系统的特征⽅程为：0.1101()()1()01seD s G s D s s-+=+=+由于闭环特征⽅程中含有0.1se -项，产⽣纯滞后现象，有超调或震荡，使系统的稳定性降低，甚⾄使系统不稳定。

为了改善系统特性，引⼊Smith 预估器，使得闭环系统的特征⽅程中不含有0.1se-项。

Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统为:上图所⽰Z O H 为零阶保持器，传递函数：1()Tsh e G s s--=并且有：lT τ=（l 为⼤于1的整数，T 为采样周期）。

2.采样周期T 的选择采样周期在计算机控制中是⼀个重要的参数。

从信号保真度看，采样周期不宜太长，即采样频率不应该过低。

Shannon 采样定理给出了下限⾓频率ωs ≧2ωmax ，ωmax 为原信号的最⾼频率；采样周期应尽可能的短，以使采样后的离散信号可以近似于连续信号，数字控制具有接近于连续控制系统的质量。

但采样频率过⾼，将使得数据存数容量加⼤，计算⼯作量加⼤，并且采样频率⾼到⼀定程度，对系统性能的改善效果并不显著。

所以，我们要找到⼀个最佳的采样周期。

纯滞后较⼤不可忽略时，可选择T 在/10τ附近，当纯滞后占主导地位时，可选择T 约为τ，再加上参考课本上表3.4扩充响应曲线法选择数字PID 参数计算公式，预选了l =2，3，5，10。

基于模糊Smith控制的时滞系统设计与仿真摘要今天的工业生产在面对日益复杂的控制问题伴随着科技的进步状态,时间延迟,但是,很难避免工业控制的内在特征, 它不仅降低了系统的稳定性,也严重影响工业生产过程的质量控制,模糊控制作为一种基于模型参数的控制方法的研究成为了一个热点。

MATLAB在本文中结合了模糊控制和Smith控制，即模糊—Smith控制,不仅补偿滞后的缺点,也较强的适应控制对象的参数变化,具有一定的实际应用前景。

大时滞工业生产过程中经常运用于冶金、炼油、化工、电力、航空航天和经济管理中，还在大时滞工业过程估计控制系统以传统的史密斯为主, Smith预测控制是延时控制最有效的控制方法,它不仅克服控制系统中的各类缺陷,也可以使模糊控制和Smith预估器相结合,对于模糊控制应用于纯时滞系统在某种程度上是更成功的。

关键词：模糊控制; Smith控制; 时滞系统; MATLAB。

Based on the fuzzy - Smith control design and simulation oftime-delay systemsAbstractIn today's industrial production in the face of increasingly complex control problems along with the progress of science and technology condition, time delay, but it is hard to avoid the inherent characteristics of the industrial control, it not only reduces the system's stability andserious influence the industrial process control 's quality , fuzzy control, as a kind of control method based on model parameters become a hot spot of research. MATLAB in this paper combines fuzzy control and control become blurred - Smith. Smith control, not only compensate the disadvantage of lag, and to adapt to changes in the parameters of the controlled object, has a certain practical application prospect. Large time delay is often used in the process of industrial chemical, oil refining, metallurgy, electric power, aerospace, economic management and traffic system. Also in large industrial processes with time-delay estimation control system is given priority to with the traditional Smith, Smith predictive control is the most classical and most mature time delay control method, it not only make the set value input zero steady-state error and external disturbance, also can be combined with fuzzy control and Smith estimatesKey words: Fuzzy Control; Matlab; Delays; Smith control 目录摘要ⅠAbstract Ⅱ目录Ⅲ1引言11.1选题的背景及意义12绪论22.1 研究的内容及方法22.2研究的可行性22.3研究的目标及意义43模糊-Smith控制43.1时滞53.2模糊控制53.3 Smith控制63.4史密斯（Smith）预估器73.5模糊-Smith控制94 MATLAB软件仿真134.1 MATLAB与其特点134.2模糊-Smith控制的MATLAB仿真134.3仿真结果分析185结论19参考文献19致谢201引言1.1选题的背景及意义对于今天的工业生产在面对日益复杂的控制问题伴随着科技的进步状态,时间延迟,但是,很难避免工业控制的内在特征, 它不仅降低了系统的稳定性,也严重影响工业生产过程的质量控制,模糊控制作为一种基于模型参数的控制方法的研究成为了一个热点。

１ 分 级 磨 矿 系统 工 艺 流 程 分 析
某锡石一 多金属硫化矿选矿厂采用如图 １ 所示的 两段 闭路 磨矿 工艺 。
原矿 由给矿 机 给至 给 矿 皮带 ， 由给矿 皮 带 送人 再 棒磨 机 ， 锡石 进行 一段 粗磨 。一 段 棒 磨机 的粗 磨矿 对
由螺旋 分级 机 进 行 一段 分 级 。一 段 分 级 返 砂 返 回一 段棒磨 机 ， 段 溢 流进 入 二段 球 磨 机 进 行 细 磨 ， 段 一 二
２１ ０ ０年 １ ２月
陕西理 工学院学报 （自然科 学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｈａｘ Ｕ ｉｅ ｉ ｆ ｅｈ ｏ ｇ Ｎ ｔｒ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｏ ｒａ ｏ ａｎｉ ｎ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃｎｌ ｙ（ ａ ａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ Ｓ ｖ ｓｙ ｏ ｕｌ ｅ ｉ
Ｄｅ ． Ｏ１ ｅ ２ Ｏ
第２ ６卷第 ４期
Ｖ０． ６ Ｎｏ ４ １２ ．
［ 文章编号 ］６ ３— ９ ４ ２ １ ）４— ０ ３一 ５ １７ ２ ４ （０ ０ ０ ０ １ Ｏ
Ｓｉ ｍｔ ｈ预估控制在 分级磨矿 系统中 的应 用
杨 琛 ， 魏 镜 搜 ， 张 永 玺
（ 明理工大学 机电工程学院 ， 云南 昆明 ６０９ ） 昆 ５ ０ ３
［ 摘
要 ］ 针对 某锡 石 ． 属 硫化 矿 两段 磨矿 回路 中 大时 滞 问题 提 出了一 种 主控 回路 和 副 多金
控 回路 相 结合 的 史密斯 （ Байду номын сангаасｉ ） Ｓ ｔ 预估 控 制方 案 ， 以很 好 的降低 分级 磨 矿 系统 中由 于时 间延迟 ｈ 可
对给矿 量和 给矿 水 量 的不利 影 响 ， 短 响应 时 间， 缩 改善 分级磨 矿 系统 的调 节品质 。 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ仿

Y(s) R(s)

Gc (s)G0 (s)es 1 Gc (s)G0 (s)es
对干扰量的闭环传递函数为
Y(s) F(s)

1
Gf (s) Gc (s)G0 (s)es
在上两式的特征方程中，由于引入了e- s项，使闭环系统的品质大大 恶化。
若能将G0(s)与e- s分开并以G0(s)为过程控制通道的传递函数，以G0(s) 的输出信号作为反馈信号，则可大大改善控制品质。
图中：
G0(s)是被控过程除去纯滞后环节 e- s后的传递函数。
Y1(s)
Gm(s)是史密斯预估器的传递函数。 假如无此预估器，则由控制器
输出u(s)到被控量Y(s)之间的传递函数为:
图8-4史密斯预估控制系统框图
Y(s) u(s)

G0
(s)es
上式表明，受到调节作用之后的被控量要经过滞后时间之后才 能返回到控制器。
G
f
(s)

Tf
1 s
1
第8章史密斯预估控制
对上述改进型方案进行数字仿真，假设对象的传递函数和模 型的传递函数为
Go (s)e ps

2 4s
1
e
4
s
,
Gm
(
s)e

m
s

2.4 e2s 3s 1
即模型的纯滞后小于对象的纯滞后。
第8章史密斯预估控制
分别用原史密斯预估器和改进型方案进行控制，仿真结果如图 8-11所示，其中设定值在t=0时刻从0％上升至10％，而在t=50min 时刻外部扰动从0％上升至10％。 图中：实线为改进型预估控制系统的响应曲线；
58 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Time, min

［"］ ! 史密斯 （ Smith） 预估控制算法
图 l 为具有纯滞后的对象进行传统 PID 调节的反馈控制系统， 设对象的特性为 G PC （ S） = G（ e - !S P S） 干扰通道的传递函数为 G（ . D S） 系统给定作用下的闭环传递函数为 G（ G（ Y （ S） C S） P S） = R （ S） l + G（ S） G（ e - !S C P S） 系统对干扰的传递函数为 G（ Y （ S） D S） = D （ S） l + G（ S） G（ e - !S C P S） （ 3 ）式的特征方程为 l +G （ S） G （ S） e - !S = 0 在反馈回路中设计一个补偿通路， 其传递函数为 G（ ， 如图 2 所示. L S） （4） （3） （2） （l） 其中， G（ 调节器的传递函数为 G（ ， G（ P S ）为对象传递函数中不含纯滞后的部分， C S） C S ）为 PID 控制规律，
第3 期
Байду номын сангаас
吴兴纯， 李江涛： Smith 预估控制技术在炉温控制系统中的应用
63
等的办法进行控制! 如果采用主控回路的采样周期 " 主 与副控回路的采样周期 " 副 不等进行控制时， 为了
［ 1］ . 避免主控回路和副控回路之间发生相互干扰和共振， 应使 " 主 与 " 副 之间相差 3 倍以上
! 结束语
为此不少学者在现代控制理论的基础上建立了一些新的控制算法但许多算法在工程应用中比较复杂特别是对被控对象具有不同程度的纯滞后又不能及时反映系统所承受的扰动的控制问题即使测量信号能到达控制器执行机构接受信号后立即动作也需要经过一个滞后时间才能影响到被控制量使之受到控制

燕山大学课程设计说明书题目：学院（系）：电院自动化系年级专业： 08工业自动化2班学号： ************学生姓名：***指导教师：吴忠强陈志旺教师职称：教授讲师摘要工业生产过程中的大多数被控对象都具有较大的纯滞后性质。

被控对象的这种纯滞后性质经常引起超调和持续的振荡。

在20世纪50年代，国外就对工业生产过程中纯滞后现象进行了深入的研究，史密斯提出了一种纯滞后补偿模型，由于当时模拟仪表不能实现这种补偿，致使这种方法在工业实际中无法实现。

随着计算机技术的飞速发展，现在人们可以利用计算机方便地实现纯滞后补偿。

本设计主要基于史密斯算法的基本原理，研究数字史密斯预估控制带有纯延迟的一阶过程在计算机中实现，通过对史密斯预估器模型的的设计，在系统输入方波信号时，通过Matlab仿真软件输出方波响应，分别在被控对象模型精确时，被控对象模型不精确时，不采用史密斯预估控制时，三种情况下的方波响应，来研究史密斯预估控制对系统稳定性能的改善。

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。

PID控制，实际中也有PI和PD控制。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

本设计主要采用增量式PID控制。

关键词：史密斯预估控制增量型数字PID控制Matlab仿真滞后环节2目录摘要 (2)第一章绪论 (4)第二章史密斯算法基本原理 (5)第三章数字式史密斯预估控制器设计 (7)第四章史密斯算法程序流程图 (9)第五章史密斯算法Matlab仿真程序及注释 (10)第六章史密斯算法Matlab仿真结果 (14)第七章增量式数字PID控制器基本原理 (17)第八章数字式PID 比例积分微分的作用 (18)第九章数字式PID控制程序流程图 (19)第十章数字式PID控制Matlab仿真程序及注释 (20)第十一章数字式PID控制Matlab仿真结果 (23)第十二章心得体会 (24)第十三章参考文献 (25)3第一章绪论Smith预估控制是一种广泛应用的对纯滞后对象进行补偿的控制方法，实际应用中，当对象的滞后时间与对象的时间常数可比（比值不小于0.5时），采用常规的PID算法将难以获得好的控制效果，一般对于纯滞后系统，人们更关心的是如何使超调量达到期望值，而对快速性未作太严格的要求。

则系统特征方程变为：
1 D(s)Wp (s) 0
特征方程中纯滞后环节消失， Smith预估控制有效地 解决了纯滞后系统的稳定性问题
（3） 数字Smith预估控制系统的设计
由计算机实现的Smith预估控制系统
PID
零阶保持器
r(k) e(k) e(k)
+ -
+ - y(t)
D(z) u(k) T
至产生振荡
——纯滞后时间
Tm——对象的主导时间常数
4.1 纯滞后问题的提出
纯滞后对系统稳定性影响的理论分析
r(t) +-
e D(s) u(t) Wp(s) yp(t) s
y(t)
有纯滞后环节的常规反馈控制系统
系统的闭环传递函数为：
W
B(s)
1
D(s)Wp (s)es D(s)Wp (s)es
ym1(t)
e ym(t) - + ms
Wm1(s)
Smith预估器
T
（3）计算PID的输入偏差 e(k) e(k) y(k)
（4）计算数字PID的输出 u(k) u(k 1) u(k)
u(k 1) K p e(k) e(k 1) Kie(k) Kd e(k) 2e(k 1) e(k 2)
（1）Smith预估器的设计思想
有纯滞后环节的常规反馈控制系统
r(t) +-
e D(s) u(t) Wp(s) yp(t) s
y(t)
反馈回路的期望配置
r(t) +-
e D(s) u(t) Wp(s) yp(t) s
y(t)
（1）Smith预估器的设计思想
初步的Smith预估控制方案
对象

炉 温度控 制系统 中 ，为 了提 高设 备 的可 靠性 和降低
输出如图 １ 所示 。图中， 为系统工作点 ， ｙ ０ 即对象温
度设 定 值 ， Ｙ为对 象 输 出温 度值 ， 温度 偏 差值 ｅ ｅ为 ＝
，
设备的维护与维修 的复杂程度 。一般不采用可控硅 等 连续控 制方式 ，而 仍采 用继 电器—— 接 触器 作 为
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文章编号：０ １ ９ ４ ０ ７ １ ０ ８ ３ １０ ・ ４ （ ０ ） ． ４ － ９ ２ ０ ０ ０
史 密斯预估位式调 节器及 其应 用的研究
陈明胜 ， 曹志英
（ 大连 海 事 大 学 计 算 机 科 学 与技 术 学院 ， 大连 １ ６ ２ ） １ ０ ６
圜
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当≤， 誓≥时＝ ｅ ｅ且 ０， 一 ｃ ０
位式 调节 系统 由于其 结构 简单 、 价格 低廉 、 修 维 方便， 在一 些生 产条 件 比较苛 刻的工 业 现场 ， 仍然 广
１ 位 式 调 节 过 程 分 析
采 用两 位调 节 器构 成 的电阻 炉温 度控 制系统 的
泛 地得 到应用 。 例如 ， 自行 车烤漆 生产 线上 的烤 漆 在
摘 要 ： 对非 线 性 位 式调 节 系统存 在 持 续振 荡 、 制 精 度低 的 问 题 。 史 密斯 预 估 嚣 推 广 到 针 控 将 非 线 性 位 式调 节 系统 ． 出 史 密斯 预 估 住 式 调 节 嚣 ， 提 并给 出 了在 温 度 控 制 系统 中 的 实 现 方 法 。通 过 在 烤漆 生产 线 上 的 电 阻炉 的 实验 应 用 ． 示 史 密斯 预 估 位 式调 节嚣 能 有 效 抑 制 纯 显
ｔｅ ａ ｐｉａｉｎ ｏ ａ ｉｇ ｐ ｉｔｓｏ ｅ ｉ ａ ｐ ａｓ ｔａ ｍｉ ｒｄｃｉｎ ｏ — ｆ ｏ ｔ ｌ ｒ ｃｎ ｒｄ ｃ ｈ ｓｉ ａｉｎ ｖ － ｈ ｐ ｌ ｔ ｎ ｂ ｋｎ ａｎ ｔｖ ，ｔ ｐ ｅ ｒ ｈ ｔｓ ｔ ｐｅ ｉｔ ｎ ｏ ｃ ｎｒ ｌ ａ ｕ ｅ ｔｅ ｏｃｌ ｔ ａ ｃ ｏ ｈ ｏ ｏｅ ｅ ｌ ｏ ｌ

自动化技术与应用》２００６年第２５卷第ｌｌ期　工业控制与应用　ｎｄｕｓｔｒｙ　ＣｏｎｔｒｏＩ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　

Ｓ　ｍ　ｉ　ｔ　ｈ预测器在啤酒发酵系统中的应用　陈艾华，刘远民，邹文洁　（南华大学机械工程学院，湖南衡阳４２１００１）　

摘　要：针对啤酒发酵过程大滞后的特点，设计了基于Ｓｍｉｔｈ算法的控制器，仿真和试验结果表明，该系统性能稳定，抗干扰能力　强。　关键词：Ｓｍｉｔｈ预测器；ＩＴＡＥ最优ＰＩＤ控制器；最优控制设计　中图分类号：ＴＰ２９　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００３　７２４１（２Ｏ０６）ｌ１—００３６—０２　

Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｍ－ｔｈ　Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｂｅｅｒ　Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＣＨＥＮ　Ａｉ－ｈｕａ，ＬＩＵ　Ｙｕａｎ－ｍｉｎ，ＺＯＵ　Ｗｅｎ－ｊｉｅ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，，ＮａｎｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ　４２１００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｄｅｌａｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｂｅｅｒ　ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｍｉｔｈ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　Ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｈａｓ　ａ　ｇｏｏｄ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ　ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｍｉｔｈ　ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ；ＩＴＡＥ　ｏｐｔｉｍａｌ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　‘　

１引言　在工业生产过程中，由于物料或能量的传输延迟，使得具有　时滞特性的控制对象非常普遍，如精馏塔提馏级温度控制过程、　火箭发动机燃烧室中的燃烧过程、酿酒的发酵过程等都是典型的　纯时滞系统。由于系统的这种性质，使得系统常常产生超调或振　荡，影响系统的性能。　尽管近年来许多专家学者提出了许多智能控制方案Ｉ１】，如专　家系统、模糊控制、神经网络等，尽管这些方法在鲁棒性、抗干　扰能力方面有很大的优势，但这些方法理论太强，算法过于复　杂，大多仅限于理论和仿真研究，而经典的Ｓｍｉｔｈ控制算法具有　结构简单、可靠性和实用性强等优点，因此在实际生产过程中得　到了广泛的应用。本文以啤酒发酵这一带有纯滞后性质的过程为　研究对象，提出了用Ｓｍｉｔｈ预估控制算法来解决这一问题的方　案。