Smith预估控制原理.ppt

二、Smith预估控制原理D(S)Y(S)Y(S)R(S)E(S)具有纯延迟的单回路反馈控制系统 R（s）E（s）D(s)为控制器的传递函数G(s)为对象不包含纯滞后部分的传递函数，其中 为对象纯滞后部分的传递函数 Y(s)传递函数为：由于在分母中包含纯滞后环节，它降低了系统的稳定性，如果纯滞后时间足够大的话，系统将是不稳定的，并且降低了系统的控制质量，大大恶化了闭环系统的品质 如果能将G（S）与 分开，并以G（S）为过程控制通道的传递函数，以G（S）的输出信号作为反馈信号，则可以大大改善控制品质Z这就需要引入了一个与对象并联的补偿器，该补偿器称为Smith预估器，其系统图如下D(S)Y(S)Y(S)R(S)Y(S)R（s）E1（s）E2（s）令前向通道传递函数为所以该系统的闭环传递函数这样，引入了Smith预估器后，系统中等效对象的传递函数就不含纯滞后环节 部分 D(S)G（s）R(S)_显然，经Smith预估补偿后，已消除了纯滞后部分对控制系统的影响，而受控制对象的纯滞后部分在等效系统的闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性所以对任何纯滞后时间，系统都是稳定的等效图PID控制基本原理图图 PID控制系统主要由PID控制器和被控对象所组成，而PID控制器则由比例（P）、积分（I）、微分（D）三个环节组成，它根据给定值r(t)与实际输出值y(t)构成的偏差信号e(t)，并将偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制。

PID控制器的数学模型可以用下式表示：式中u(t)-控制器的输出； e(t)-控制器的输入，它是给定值和被控对象输出的差，称为偏差信号； -控制器的比例系数；-控制器的积分时间；-控制器的微分时间三、PID控制器PID控制器各控制规律的作用如下：（1）比例控制（P）：比例控制是一种最简单的控制方式其控制器的输出与输入误差信号成比例关系，能较快克服扰动，使系统稳定下来但当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（2）积分控制（I）：在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称此控制系统是有差系统为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”积分项对误差的累积取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会越大这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零但是过大的积分速度会降低系统的稳定程度，出现发散的振荡过程比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差3）微分控制（D）：在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。

其原因是由于存在有较大惯性环节或有滞后环节，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。