時滯控制系統(tǒng)設計

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1、成都理工大學工程技術學院《計算機控制課程設計》--時滯控制系統(tǒng)仿真研究系別：自動化工程系專業(yè)：自動化姓名：胡鑫材學號：201220307114指導老師：王洋2015年6月30日時滯控制系統(tǒng)仿真研究時滯控制系統(tǒng)仿真研究時滯控制系統(tǒng)仿真研究摘要時滯系統(tǒng)的控制是控制理論應用的一個重要領域，為了提高常規(guī)時滯控制系統(tǒng)的魯棒性能，本文將智能控制的引入到時滯系統(tǒng)中，論文首要分析了滯后環(huán)節(jié)對系統(tǒng)性能的影響，討論了集中常規(guī)控制方法，解析說了實現(xiàn)過程。Smith控制是基于模型的控制補償，但是對參數(shù)變化較為敏感。Dahlin控制器一但設

2、計成型對系統(tǒng)的不變性要求較高。本文通過對固定模型的常規(guī)PID算法，離散PID算法。以及結合SmithPID算法，以及Dahlin算法進行MATLAB仿真和試驗，同過比較的方法學習各種控制的優(yōu)缺點。以及討論其適應性。關鍵詞：PIDSmithDahlin時滯離散MATLAB-Ⅰ-時滯控制系統(tǒng)仿真研究目錄摘要I目錄II1時滯系統(tǒng)控制概述11.1PID控制簡介11.2Smith預估控制器11.3Dahlin控制算法概述22仿真的傳遞函數(shù)及要求33MATLAB仿真43.1PID控制器43.2連續(xù)PID控制器設計53.2.1P

3、ID參數(shù)整定53.3離散PID控制器設計63.4史密斯控制器設計73.4.1史密斯控制器參數(shù)整定83.5大林控制器設計94控制器的分析及對比114.1PID控制器114.2Smith預估控制114.3大林算法11附錄1大林算法主程序12-II-時滯控制系統(tǒng)仿真研究1--時滯控制系統(tǒng)仿真研究1時滯系統(tǒng)控制概述1.1PID控制簡介PID(ProportionalIntegralDerivative)控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，由于其算法簡單、魯棒性好和可靠性高，被廣泛應用于工業(yè)過程控制，尤其適用于可建立精確數(shù)學模

4、型的確定性控制系統(tǒng)。在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)，它實際上是一種算法。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID

5、控制技術。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。從信號變換的角度而言，超前校正、滯后校正、滯后－超前校正可以總結為比例、積分、微分三種運算及其組合。PID調(diào)節(jié)器的適用范圍：PID調(diào)節(jié)控制是一個傳統(tǒng)控制方法，它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有現(xiàn)場，不同的現(xiàn)場，僅僅是PID參數(shù)應設置不同，只要參數(shù)設置得當均可以達到好的效果。均可以達到0.1%，甚至更高的控制要求。1.2Smith預估控制器Smith于1957年提出的預估控制算法,通過引入

6、一個與被控對象相并聯(lián)的純滯后環(huán)節(jié),使補償后的被控對象的等效傳遞函數(shù)不包12--時滯控制系統(tǒng)仿真研究括純滯后項,這樣就可以用常規(guī)的控制方法(如PID或PI控制)對時滯系統(tǒng)進行控制.在常規(guī)方案基礎上,外加調(diào)節(jié)器組成副回路對系統(tǒng)進行動態(tài)修正,該方法的穩(wěn)定性和魯棒性比原來的Smith預估系統(tǒng)要好,它對對象的模型精度要求明顯地降低了.Watanabe提出的改進結構的Smith預估器采用了一個抑制擾動的動態(tài)補償器M(s),通過配置M(s)的極點,能夠獲得較滿意的擾動響應及對擾動穩(wěn)態(tài)誤差為零.1.3Dahlin控制算法概述圖1.

7、1大林算法設計的閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖大多數(shù)工業(yè)對象具有較大的純滯后時間，可以近似用一階或二階慣性環(huán)節(jié)加純滯后環(huán)節(jié)來表示，其傳遞函數(shù)為一階對象：，二階對象：,大林算法的設計目標是使整個閉環(huán)系統(tǒng)所期望的傳遞函數(shù)Φ（s）相當于一個純滯后環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，即，并希望整個閉環(huán)系統(tǒng)的純滯后時間和被控對象的純滯后時間相同。其中為閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)，純滯后時間與采樣周期T有整數(shù)倍關系，（N=1,2﹒﹒﹒）。大林算法的目標是設計一個合適的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z),使整個系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)相當于一個帶有純滯后的一階慣性環(huán)節(jié),而且要求閉

8、環(huán)系12--時滯控制系統(tǒng)仿真研究統(tǒng)的純滯后時間等于被控對象的純滯后時間.大林算法方法比較簡單,只要能設計出合適的且可以物理實現(xiàn)的數(shù)字調(diào)節(jié)器D(z),就能夠有效地克服純滯后的不利影響,因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用.但它的缺點是設計中存在振鈴現(xiàn)象,且與Smith算法一樣,需要一個準確的過程數(shù)字模型,當模型誤差較大時,控制質(zhì)量將大大惡化,甚至系統(tǒng)會變得不穩(wěn)定.實