教学单元4Smith预估控制课件.ppt

1、 hr出口厚度基准值；出口厚度基准值；h 出口厚度实际值；出口厚度实际值；出口厚差；出口厚差；辊缝调节量。辊缝调节量。h S u 实例：轧制过程的纯滞后现象实例：轧制过程的纯滞后现象测厚仪式带钢厚度控制系统原理图测厚仪式带钢厚度控制系统原理图压下执压下执行机构行机构控制器控制器hr+-h射线式射线式测厚仪测厚仪轧机轧机带钢带钢h S 带钢运行时间带钢运行时间纯滞后时间纯滞后时间 u 测厚仪式厚度自动控制系统的不稳定现象：测厚仪式厚度自动控制系统的不稳定现象：hr轧机轧机板带钢板带钢测厚仪测厚仪ABCDEF 纯滞后时间纯滞后时间 对象的主导时间常数对象的主导时间常数 mT3.0/mT 具有大滞后

2、或大迟延的工艺过程具有大滞后或大迟延的工艺过程 5.0/mT 采用常规的采用常规的PID控制会使系统稳定性变差，甚控制会使系统稳定性变差，甚至产生振荡至产生振荡 spspBesWsDesWsDsW)()(1)()()(u 纯滞后对系统稳定性影响的理论分析纯滞后对系统稳定性影响的理论分析有纯滞后环节的常规反馈控制系统有纯滞后环节的常规反馈控制系统+-y(t)u(t)r(t)yp(t)(sWpse D(s)0)()(1 spesWsD )(0)(Smith预估控制预估控制美国学者美国学者O.J.M.Smith于于1957年创立，建年创立，建立在模型基础上的一种控制策略。立在模型基础上的一种控制策略

3、。u 有纯滞后环节的常规反馈控制系统有纯滞后环节的常规反馈控制系统+-y(t)u(t)r(t)yp(t)(sWpse D(s)u 反馈回路的期望配置反馈回路的期望配置+-y(t)u(t)r(t)yp(t)(sWpse D(s)（1）Smith预估器的设计思想预估器的设计思想u 初步的初步的Smith预估控制方案预估控制方案+-y(t)u(t)r(t)yp(t)(sWpse D(s)ym1(t)(1sWmsme ym(t)对象对象预估模型预估模型u 完整的完整的Smith预估控制方案预估控制方案+-y(t)u(t)r(t)yp(t)(sWpse D(s)ym1(t)(1sWmsme ym(t)+

4、-em(t)+-（1）Smith预估器的设计思想预估器的设计思想)1)()()()(1smmesWsUsYsD11()()()1()()()()()()mspBssmpmD s Ws eWsD s WsD s Ws eD s Ws e（2）Smith 预估控制系统的稳定性分析预估控制系统的稳定性分析y(t)+-u(t)r(t)yp(t)(sWpse D(s)ym1(t)(1sWmsme ym(t)+-Smith预估器预估器)(ty+-111()()()()()()0mssmpmD s WsD s Ws eD s Ws e)()(1sWsWpmm0)()(1sWsDp（2）Smith 预估控制系

5、统的稳定性分析预估控制系统的稳定性分析u 由计算机实现的由计算机实现的Smith预估控制系统预估控制系统y(t)+-u(k)r(k)spesW)(D(z)ym1(t)(1sWmsme ym(t)+-Smith预估器预估器)(ty+-ses 1e(k)(ke零阶保持器零阶保持器TT具体设计步骤如下：具体设计步骤如下：（1）计算反馈回路偏差）计算反馈回路偏差()()()e kr ky kPIDy(k)（2）计算）计算Smith预估器的输出预估器的输出 设被控对象为具有较大纯滞后的一阶惯性环节设被控对象为具有较大纯滞后的一阶惯性环节()y kSmith预估器传递函数为预估器传递函数为)1(1)1)(

6、)()()(1NTsmmsmesTKesWsUsYsDm NTm sppspesTKesWsW 1)()(对象预估模型对象预估模型smmsmmmmesTKesWsW 1)()(1Smith预估器传递函数预估器传递函数)1(1)1)()()()(1NTsmmsmesTKesWsUsYsDm)()()()(NTtutuKtydttydTmmSmith预估器的差分方程预估器的差分方程()(1)(1)(1)mmmmTTKy ky ku ku kNTTTTSmith预估器的微分方程预估器的微分方程拉氏反变换拉氏反变换反向差分代替微分反向差分代替微分ab)1()(kutu?()(1)(1)(1)y kay

7、 kb u ku kNSmith预估器的数字算法预估器的数字算法y(t)+-u(k)r(k)spesW)(D(s)ym1(t)(1sWmsme ym(t)+-Smith预估器预估器)(ty+-ses 1e(k)(ke零阶保持器零阶保持器TT)1()(kutu?（3）计算）计算PID的输入偏差的输入偏差()()()e ke ky k（4）计算数字）计算数字PID的输出的输出()(1)()(1)()(1)()()2(1)(2)pidu ku ku ku kKe ke kK e kKe ke ke kPID完整的完整的Smith预估控制方案预估控制方案+-y(t)u(t)r(t)yp(t)(sWps

8、e D(s)ym1(t)(1sWmsme ym(t)+-em(t)+-11()()()1()()()()()()mspBssmpmD s Ws eWsD s WsD s Ws eD s Ws eu 对模型误差十分敏感对模型误差十分敏感u 扰动对系统造成影响依然存在扰动对系统造成影响依然存在Y(s)+-R(s)(sWpse)(1sWmsme+-+-D(s)+-N1(s)N2(s)(sWf新增新增环节环节u Smith预估控制存在的问题预估控制存在的问题存在存在扰动对系统的影响依然扰动对系统的影响依然对模型误差十分敏感对模型误差十分敏感)()(1sWsWpmmU(s)(1sNY(s)+-R(s)=

9、0)(sWpse)(1sWmsme+-+-D(s)+-N1(s)(sWf新增新增环节环节)()(1sWsWpmmU(s)()()()(1sYesWsUsNsp)()1)()()()()()()()(11sDesWsUsWsWsUsDsYsUsmfmm 1()()()()(1)0spfpWs WsWs D se()()(1)1()()spfpWs D s eWsWs)(1sNspsmmfmspsmfmesWsDesWsDsDsWsWsWesWsDesWsWsWsNsYmm )()()()()()()()(1)()()1)()()(1)()(111111)()()()(1)()1)()()()(1

10、)()(1sDsWsWsWesWesDsWsWsWsNsYpfpspspfpm )()(1sWsWpmm)()()()(1)()()()(sWsDsWsWesWsDsRsYpfpsp1)()()()()()(spspesWsDesWsDsRsY()()(1)1()()spfpWs D s eWsWs)(2sN21()()()()(1)()()1()()()()spfppfpWs WsWs D seY sNsWs WsWs D s1()()()()(1)0spfpWs WsWs D se()()(1)1()()spfpWs D s eWsWs（2）增益自适应）增益自适应Smith预估补偿控制预估

11、补偿控制除法除法器器+-Y(s)U(s)R(s)(sWpse D(s)C)(1sWmsme sTD1DA BBADC 0/1pmA BKK1D1()()()()mpC DU s WsU s Ws（2）增益自适应）增益自适应Smith预估补偿控制预估补偿控制对象模型对象模型sppspesWKesW )()(0Kp对象模型增益，对象模型增益，Kp=Kp0初始模型增益初始模型增益预估模型预估模型sppsmmsmesWKesWKesWmm )()()(0001Km=Kp0预估模型增益预估模型增益分析分析u 如果对象模如果对象模型保持不变型保持不变+-Y(s)U(s)R(s)(sWpse D(s)C)(1sWmsme sTD1DA BBADC（2）增益自适应）增益自适应Smith预估补偿控制预估补偿控制+-Y(s)U(s)R(s)(sWpse D(s)C)(1sWmsme sTD1DA BBADC 分析分析pppKKK0u 如果对象模型增益发生变化如果对象模型增益发生变化识别器的微分作用识别器的微分作用识别出过程增益变化趋势，加强补识别出过程增益变化趋势，加强补偿作用，削弱或避免滞后影响。偿作用，削弱或避免滞后影响。000/pppmppKKKKKKBA 识别器的比例作用识别器的比例作用00ppppKKKD