大滞后系统Smith预估器的控制仿真

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。