时滞控制系统设计

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1、成都理工大学工程技术学院《计算机控制课程设计》--时滞控制系统仿真研究系别：自动化工程系专业：自动化姓名：胡鑫材学号：201220307114指导老师：王洋2015年6月30日时滞控制系统仿真研究时滞控制系统仿真研究时滞控制系统仿真研究摘要时滞系统的控制是控制理论应用的一个重要领域，为了提高常规时滞控制系统的鲁棒性能，本文将智能控制的引入到时滞系统中，论文首要分析了滞后环节对系统性能的影响，讨论了集中常规控制方法，解析说了实现过程。Smith控制是基于模型的控制补偿，但是对参数变化较为敏感。Dahlin控制器一但设

2、计成型对系统的不变性要求较高。本文通过对固定模型的常规PID算法，离散PID算法。以及结合SmithPID算法，以及Dahlin算法进行MATLAB仿真和试验，同过比较的方法学习各种控制的优缺点。以及讨论其适应性。关键词：PIDSmithDahlin时滞离散MATLAB-Ⅰ-时滞控制系统仿真研究目录摘要I目录II1时滞系统控制概述11.1PID控制简介11.2Smith预估控制器11.3Dahlin控制算法概述22仿真的传递函数及要求33MATLAB仿真43.1PID控制器43.2连续PID控制器设计53.2.1P

3、ID参数整定53.3离散PID控制器设计63.4史密斯控制器设计73.4.1史密斯控制器参数整定83.5大林控制器设计94控制器的分析及对比114.1PID控制器114.2Smith预估控制114.3大林算法11附录1大林算法主程序12-II-时滞控制系统仿真研究1--时滞控制系统仿真研究1时滞系统控制概述1.1PID控制简介PID(ProportionalIntegralDerivative)控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好和可靠性高，被广泛应用于工业过程控制，尤其适用于可建立精确数学模

4、型的确定性控制系统。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，它实际上是一种算法。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID

5、控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。从信号变换的角度而言，超前校正、滞后校正、滞后－超前校正可以总结为比例、积分、微分三种运算及其组合。PID调节器的适用范围：PID调节控制是一个传统控制方法，它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有现场，不同的现场，仅仅是PID参数应设置不同，只要参数设置得当均可以达到好的效果。均可以达到0.1%，甚至更高的控制要求。1.2Smith预估控制器Smith于1957年提出的预估控制算法,通过引入

6、一个与被控对象相并联的纯滞后环节,使补偿后的被控对象的等效传递函数不包12--时滞控制系统仿真研究括纯滞后项,这样就可以用常规的控制方法(如PID或PI控制)对时滞系统进行控制.在常规方案基础上,外加调节器组成副回路对系统进行动态修正,该方法的稳定性和鲁棒性比原来的Smith预估系统要好,它对对象的模型精度要求明显地降低了.Watanabe提出的改进结构的Smith预估器采用了一个抑制扰动的动态补偿器M(s),通过配置M(s)的极点,能够获得较满意的扰动响应及对扰动稳态误差为零.1.3Dahlin控制算法概述图1.

7、1大林算法设计的闭环控制系统方框图大多数工业对象具有较大的纯滞后时间，可以近似用一阶或二阶惯性环节加纯滞后环节来表示，其传递函数为一阶对象：，二阶对象：,大林算法的设计目标是使整个闭环系统所期望的传递函数Φ（s）相当于一个纯滞后环节和一个惯性环节相串联，即，并希望整个闭环系统的纯滞后时间和被控对象的纯滞后时间相同。其中为闭环系统的时间常数，纯滞后时间与采样周期T有整数倍关系，（N=1,2﹒﹒﹒）。大林算法的目标是设计一个合适的数字调节器D(z),使整个系统的闭环传递函数相当于一个带有纯滞后的一阶惯性环节,而且要求闭

8、环系12--时滞控制系统仿真研究统的纯滞后时间等于被控对象的纯滞后时间.大林算法方法比较简单,只要能设计出合适的且可以物理实现的数字调节器D(z),就能够有效地克服纯滞后的不利影响,因而在工业生产中得到了广泛应用.但它的缺点是设计中存在振铃现象,且与Smith算法一样,需要一个准确的过程数字模型,当模型误差较大时,控制质量将大大恶化,甚至系统会变得不稳定.实