Smith预估器控制设计

合集下载
相关主题
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

《计算机控制》课程设计报告

题目: Smith预估器控制设计

姓名:

《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:

2012年7月5 日

Smith 预估器控制设计

一、实验目的

通过混合仿真实验,学习并掌握用于具有纯滞后系统的纯滞后补偿(Smith

预估器控制)的设计及其实现。

二、实验内容

被控对象为-512()2

s

e G s s =+, 1.0s T =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

图1.

其中D(s)为调节器传递函数,-512()2

s

e G s s =+为对象传递函数,其中-5()s

O G s e 包含纯滞后特性,纯滞后时间常数5τ=。

系统的特征方程为:5121()()1()

02

s

e D s G s D s s -+=+=+

由于闭环特征方程中含有-5s e 项,产生纯滞后现象,/5/150.5m T τ==≥,

采用常规的PID 控制会使系统稳定性变差,甚至产生振荡。

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-5s e 项。

Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统:

图 2.

上图所示ZOH 为零阶保持器,传递函数为:s

e s G Ts

h --1)(=,并且有:lT =τ(l

为大于1的整数,T 为采样周期)。由已知可知, 1.0T s =,则5

51

l T

τ

=

=

=。 2.负反馈调节器D(z)的确定

D(z)为负反馈调节器,通常使用PID 控制规律。使用扩充响应曲线法对数字PID 控制器进行参数整定。扩充响应曲线法是在模拟PID 控制器响应曲线法的基础上推广应用到数字PID 控制器参数整定的方法。扩充响应曲线法是用于具有纯滞后的一阶对象,由前面分析和已知: 1.0T s =,5τ=,5l =,1m T =,因此依据课本128页表4.2扩充响应曲线法整定PID 参数表选择数字PID 参数计算公式,由于1

=0.25T

τ=,则选择控制度为1.20,控制规律为PI 控制,因此选定PI 参数为:

0.78(

)

p

m

K T τ=

3.60i

T τ=

所以有:0.156p K = 18i T = 则

i 110.1560.00867()(1)0.156(1)T 18p s D s K s s s

+=+

=+=⋅ 将得到的模拟控制器用一阶后向差分法离散化得到:

1

-1

-1--1-10.7-717.0)-1(1|)()(1-z z z T T K s D z D i p T

z s =⋅+===】【 3.Smith 补偿器)z D (τ的确定

Smith 纯滞后补偿的计算机控制系统的框图:

图 3.

s

T K

s G m O ⋅+=

1)( lT ≈τ s

p

e

s G s G τ-)()(=

s m Ts

s

o h e s T s e K e s G s G s G ττ---)

1()-1()()()(+==

)-1)(()(-s p e s G s D ττ=

)-11--11

)(-1)(z -K(1 ]

)

1(1

[)-1)(z -K(1 )]

-1()1()

-1([)]([)(1

--1

--1

--1

---z e

z

z s T s Z z e s T s e K Z s D Z z D m

T T l

m l

s m Ts =+=+==τττ

令m

T -

T e

a =,)-1(-

m

T T e

K b =

则有1

--1--1)

-1()(az z bz z D l =τ

Smith 预估器(纯滞后补偿器)的框图:

图 4.

)-1()()

(-1l z z C z C =

)()()az -(1)()z -(1c(k)1-11-1-l k u bz k c k c ==

最后解得

)1-()1-()()-(-)()(1111k ac k bu k c l k c k c k c +==

由上一步所得的数据: 1.0T s =,5τ=,5l =,1m T =,12K =

解得如下数据:1-

-

-11

0.368m

T T a e

e e ====

1--1

(1-)12(1-)7.584m

T T b K e e ==⨯=

则-1-5-1

7.584(1-)

()1-0.368z z D z z

τ=

1111()()-(-5)

()7.584(-1)0.368(-1)

c k c k c k c k u k c k ==+

由此可得到:

11()7.584(-1)0.368(-1)-(-5)c k u k c k c k =+

由此可见,Smith 补偿器的差分方程有1(-5)c k 项,即存在滞后5拍的信号,因此产生纯滞后信号对纯滞后补偿控制是至关重要的。纯滞后信号可以用存储单元法近似产生。

4.采用Matlab 系统仿真

本系统采用PI 控制算法,用matlab 下的Simulink 工具箱搭建闭环系统结

构,加以1V 的阶跃信号,PI 控制器系数0.156p K = ,18i T =,取反馈系数为1.使用Smith 预估补偿器的仿真结构得到输出曲线分别如图所示: 系统仿真结构框图为:

图 5. 系统仿真波形图为:

相关文档
最新文档