Smith预估计算机控制

实验报告

实验名称： Smith预估控算法设计仿真实验

课程名称： 计算机控制与组成

学生姓名； 专业班级:自动化1001 学生学号： 实验时间：2013.5.7 ****： * *：

一、实验目的

在控制算法学习的基础上，根据给定对象特性设计Smith预估控制器算法，并利用Matlab软件进行仿真实验，同时与PID控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌 握和理解。

二、实验内容和要求

实验内容：

设广义被控对象为：

H(s)G1(s)G0(s)e控制系统框图为：

R(s)s1eTses

s1T1sp(s)Te1-+e2+Gp(s)H(s)G1(s)-y1(n)y(s)G0(s)(1es)TG0(s)es

y(n)取T=1、τ=2、T1=2.88，经采样（T=1s）保持后，其广义对象z传递函数为

0.29342s， 而e转换为2个单位迟延。 G0(z)z0.7066控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。

实验要求：

(1)设计smith预估控制算法，作给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P和系统输出y响应曲线。

（2）被控对象不变，采用理想PID进行给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P 和系统输出y响应曲线。

三、实验步骤

1.根据实验原理图在Matlab中搭建如下仿真结构图：

上图中，上面的回路为Smith预估控制器与对象所构成的回路，下面的回路为PID控制算法与被控对象所构成的回路，通过scope可以看到两种控制算法对扰动产生的响应曲线，分别在两条回路中加入给定值扰动和二次扰动，且注意两次扰动加入的时间间隔开，以便观察两种算法对不同扰动的克服情况。

2.在搭建好的模型中给控制器设定参数，加入阶跃扰动，两次扰动时间差为30s，对系统进 行仿真，记录仿真曲线。

3.保持Smith与控制算法回路参数不变，改变PID控制算法参数，使其响应曲线接近用 Smith控制算法控制所得到的曲线，记录最接近时的两条曲线并记录此时PID 参数。

四、实验结果及分析

1.控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0时，两种控制算法得到的曲线： （其中蓝色的为Smith算法控制下得到的阶跃响应曲线，绿线则为常规PID控制下得到的曲线）

2.保持Smith预估控制器参数不变，调整PID调节器参数使其接近响应曲线接近前者的图

此时对应的PID控制器的参数为：Kp=0.45，Ki=0.15，Kd=0。 3.Smith预估控制器中PID模块输出调节量：

4.Smith预估控制器输出调节量：

5.PID控制器输出调节量：

Smith预估控制器输出的调节量明显比常规PID控制器输出的调节量多，频率高，说明Smith预估能克服对象的纯迟延，常规PID的反映就要多经历一段纯迟延时间，故控制不及时，导致动态偏差大，调节时间长。

五、思考和讨论

（1）分析两类控制算法对带迟延对象的控制效果。

从上面分析可以得出Smith预估控制器在控制纯迟延对象时具有明显优势，对二次扰动的克服

能力尤其强；而普通PID控制器在对纯迟延的对象进行控制时，由于对象含有纯迟延环节，使得扰动和调节阀的调节作用都要滞后一个迟延时间τ才能显现出来，故造成控制往往不及时，超调量较大，调节时间较长等控制品质的下降。

（2）根据实验分析Smith预估控制算法的优点是什么，若采用PID算法解决同类问题效果如何？

Smith预估控制器给对象的纯迟延部分做了补偿，使补偿后的系统纯迟延不能对控制品质产生

影响，故控制更为及时，控制效果较好。

六、实验收获与体会

这次试验用Matlab软件进行仿真，加深了对该控制算法的掌握，通过与PID控制算法进行比较，让我对Smith预估控制算法的效果有了更为深刻的认识，通过实验熟悉巩固了自己上课所学到的理论，加深了知识的理解，最后，感谢老师的悉心指导！