大滞后系统Smith 预估器的控制仿真
一、实验目的
学习借助MATLAB 软件设计一个Smith 预估器控制一个大滞后环节,并且了解Smith 预估器参数对系统的影响。
二、实验原理
借助MATLAB 软件我们可以轻易的模拟大滞后系统,对其进行控制仿真, Smith 预估器的基本原理就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,力图使被延迟了τ的被调量超前反映的调节器,使调节器提前动作,从而明显的减小超调量和加速调节过程。 控制框图如下：
U(s)
Y(s)
+ -
-
+
Y ’(s) +
其中
三、实验内容：
对以下大滞后环节
采取Smith 预估器控制方案进行控制，其中K=2.2 T=200 τ=60。 采用工程整定中的动态特性参数法，有一组公式如下：
由此得到一组参数为：
Kc=2.36 Ti=134.7s Td=20.9s 用MATLAB 中的Simulink 仿真工具箱仿真。
Gc(s)
KsGs(s)
Transport Delay1Transport Delay
2.2200s+1Transfer Fcn2
2.2200s+1Transfer Fcn1
2.2200s+1Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
20Gain2
-K-Gain1
2.4
Gain
du/dt Derivative
１． 其中K T τ变化5%，其中K=2.31 T=210 τ=63时。
Transport Delay1Transport Delay
2.31210s+1Transfer Fcn2
2.31210s+1Transfer Fcn1
2.31210s+1Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
20Gain2
-K-Gain1
2.4
Gain
du/dt Derivative
其中K T τ变化-5%，其中K=2.09 T=190 τ=57时。
Transport Delay1
Transport Delay
2.09190s+1Transfer Fcn2
2.09
190s+1Transfer Fcn12.09190s+1
Transfer Fcn
Step Scope
1
s
Integrator
20Gain2-K-Gain12.4Gain
du/dt
Derivative
２．其中K T τ变化10%，其中K=2.42 T=220 τ=66时。
Transport Delay1Transport Delay
2.42220s+1
Transfer Fcn2
2.42220s+1Transfer Fcn1
2.42220s+1Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
20Gain2
-K-Gain1
2.4
Gain
du/dt
Derivative
其中K T τ变化-10%，其中K=1.98 T=180 τ=54时。
Transport Delay1Transport Delay
1.98180s+1
Transfer Fcn2
1.98180s+1Transfer Fcn1
1.98180s+1Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
20Gain2
-K-Gain1
2.4
Gain
du/dt
Derivative
-
２．
其中K T τ变化15%，其中K=2.53 T=230 τ=69时。
Transport Delay1Transport Delay
2.53230s+1Transfer Fcn2
2.53230s+1Transfer Fcn1
2.53230s+1Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
20Gain2
-K-Gain1
2.4
Gain
du/dt Derivative
其中K T τ变化-15%，其中K=1.87 T=170 τ=51时。
Transport Delay1Transport Delay
1.87170s+1
Transfer Fcn2
1.87170s+1Transfer Fcn1
1.87170s+1Transfer Fcn
Step
Scope
1s Integrator
20Gain2
-K-Gain1
2.4
Gain
du/dt
Derivative
四、实验总结：
通过试验，发现Smith预估器的控制能力强，控制范围广，对大延迟系统有很强的控制能力,
使被延迟了τ的被调量超前反映的调节器,使调节器提前动作,从而明显的减小超调量和加速调节过程。
