中央空调系统中自适应Smith预估补偿器的研究

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1、第28卷第1期2011年1月计算机应用研究ApplicationResearchofComputersV01．28No．1Jan．2011中央空调系统中自适应Smilh预估补偿器的研究王彦1’2，刘宏立1，王超2(1．湖南大学电气与信息工程学院，长沙410082；2．南华大学电气工程学院，湖南衡阳421001)摘要：针对中央空调系统这类时变、大时滞被控对象，在分析改进型Smith预估补偿控制方案的基础上，研究了滤波时间常数￡r的调整规律，提出了自适应Smith预估补偿控制方案。仿真研究表明，当参数发生变化时，该方案具有较强的鲁棒性和较好的控制性能。关键词

2、：中央空调；史密斯；自适应；预估器；时滞；鲁棒性中图分类号：TPl3文献标志码：A文章编号：1001．3695(2011)01．0058．03doi：10．3969／j．issn．1001—3695．2011．01．014StudyofadaptiveSmithpredictorforcentralairconditionerWANGYah∽。UuHong—li．WANGCha02(1．CollegeofElectrical＆InformationEngineering，ttunanUniversity，Changsha410082，China；2．Co

3、llegeofElectricalE，彬neering，Nan-huaUniversity，HengyangHuman421001，China)Abstract：ThispaperanalysedtheimprovedSmithpredictivemethodandadjustingrulesoffilterparameter-￡rfortime-delaysystemsuchascentralairconditioner．andpresentedSmithpredictivemethodwithadaptiveadjusting．Thesimulati

4、onresultsshowthatthesystemhassatisfiedcharactersandrobustnessbyusingthismethodwhentheparametersalechanged．Keywords：centralairconditioner；Smith；adaptive；predictor；timedelay；robustness中央空调系统是一个大时滞系统，即使在只考虑空调房间本身的时滞时，其时滞程度已接近甚至大于1。由于控制器不能及时得到控制作用的反馈信息，从而不能给出及时准确的控制策略，将使得系统控制超调量增大、稳定

5、性变差、调节时间加长，严重时甚至会出现振荡、发散，系统的控制性能将明显变差。实践证明，采用模糊控制理论对系统进行控制，其抗干扰能力强且鲁棒性较好，然而对于大时滞的影响，其控制效果改善并不明显。由于中央空调模型存在严重的纯滞后误差，这影响了Smith预估补偿算法的补偿效果¨。。为了解决这个问题，很多学者提出了基于常规Smith预估控制器的各种改进方法，大致可以分为两种：a)基于结构上的改进，通过在不同位置增加一些并联或者串联的环节进行补偿；b)在参数整定方面展开研究，通过泰勒多项式展开时滞项，用鲁棒性能指标及其他指标函数对控制器进行解析设计，或对其中的控制

6、参数通过鲁棒性指标进行调整，还有的对Smith预估系统的反馈传递函数进行改进，以增强它的鲁棒性和稳定性。采用结构上进行改进的方法，比较有名的是Hang提出的改进Smith预估器。2J。其主反馈通道的传递函数不是1。而是一个固定函数。这样的修改实际上是在反馈通道中加入了一个滤二芝器。理论分析和实践证明，该方法的稳定性和鲁棒性比原来的Smith预估系统要好，它对模型精度要求明显降低，控制品质也得到了很大的改善。但是当被控参数发生变化时，滤波器的参数也应调整，以适应当前系统控制的要求。针对这一问题，本文考虑将Smith预估控制与模糊控制相结合的方法实现滤波参数

7、0的自整定。因Smith预估补偿器的设计只依赖于控制对象，与系统控制器互不影响：3,4]，故而可以将Smith预估补偿器与控制器分开设计。1Smith预估控制器的改进结构在模型精确的条件下，用Smith预估补偿算法对系统进行控制，经整定控制器，可使系统有很好的动态特性。然而它对模璎偏筹十分敏感，尤其是模型的纯滞后误差和增益误差【5)。当模型的参数发生变动时，系统的输出将明显变坏，甚至会出现不稳定的现象。中央空调系统正是这样一个时变、非线性系统，系统参数时刻发生改变，要得到对象的精确模型是有困难的[6,7j。当预估器参数不匹配时，补偿效果将下降，严重时甚至

8、使系统发生振荡。因此，有必要改进常规Smith预估器。本文以系统稳定为前提，考虑