毕业设计（论文）-基于两级Smith预估的纯滞后系统串级模糊控制仿真设计报告.doc

基于两级Smith预估的纯滞后系统串级模糊控制仿真Simulation of Cascade Fuzzy Control Method for Pure Lag System Based on Two Level Smith Predictors学 生 姓 名： * 完 成 日 期： 2013年4月20日 2013自动控制原理大作业摘 要在工业过程中,纯滞后系统普遍存在。针对副回路中含有纯滞后的串级控制系统,对典型的PID串级控制系统加以改进,提出基于主副回路Smith预估补偿的串级模糊控制方法,在主副回路分别加入Smith预估器,并利用模糊控制器为调节器。仿真结果表明,该种控制方法相比传统的PID串级控制方法具有更优的动态特性和鲁棒性。关键词： 串级模糊控制系统； 纯滞后； Smith预估器IAbstractThe large time-delay systems widely exist in industry process.For the pure lag which exists in the inner loop of cascade control systems,the cascade fuzzy control method based on Smith predictors is proposed.Two different Smith predictors are added in the main and inner of the system separately and Fuzzy controller is used as the main controller.Simulation result shows that the proposed method is much better than the traditional PID cascade control method in dynamic performance and robustness.Keywords:Cascade fuzzy control system; Pure lag; Smith predictor目 录摘 要Abstract1 概述11.1 问题提出11.2 历史回顾21.3 论文贡献31.4 结构及内容32 纯滞后串级控制系统设计理论方法42.1 串级控制系统42.2 Smith 预估器62.3 纯滞后补偿控制系统92.4 自适应控制103 两级Smith预估补偿器的设计143.1 两级Smith预估补偿器的设计143.2模糊控制器的设计153.3 算法仿真研究194 纯滞后串级控制系统新型控制算法的设计234.1 新型控制算法的设计234.2 仿真分析265 结束语315.1论文贡献315.2今后的工作方向31参考文献321 概述在工业生产过程中，滞后是广泛存在的。系统必然会产生较大的超调和较长的调节时间，使过渡过程变坏，系统的稳定性降低。当对象的纯滞后时间与对象的惯性时间常数之比时，认为是具有纯滞后的过程，采用常规的PID控制器将很难获得良好的控制性能。对纯滞后系统的控制算法,工程上常见的有PID控制算法、大林算法、Smith预估控制算法和智能控制方法等1-4。对于具有纯滞后的串级控制系统,普遍采用的控制方法是基于副回路Smith预估补偿的串级PID控制,即在副回路中加入Smith预估器,预先估计出副回路被控对象在干扰作用下的动态特性,然后由Smith预估器进行补偿,力图使被延时了时间的被控量超前反映到副调节器的输入端,使副调节器提前动作,从而明显的减小超调量和加速调节过程。但这种方法仅仅将滞后补偿到了副回路的外部,只加快了副回路的响应速度,滞后仍然在外回路的内部,控制效果并不是很理想。因此，对纯滞后串级控制系统的研究一直是控制理论的重要课题。1.1 问题提出对于具有大时间滞后系统的控制,PID控制算法仅仅在模型匹配时能够进行稳定的控制 ,但动态性能不理想.当模型失配时 ,PID 算法就无能为力了。而 Smith预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标。Smith预估法也叫纯滞后补偿法,设计的目标是引入一个纯滞后环节,即Smith预估器,与被控对象相并联,使补偿后的被控对象的等效传递函数不包括纯滞后项，基于Smith预估器的温控系统能有效克服大纯滞后对控制系统稳定性的影响,且实现简单,可靠性好。使闭环系统的指标达到最佳。针对上述问题,文献5提出了两级Smith预估补偿的控制方法,该方法虽然能使系统性能有一定提高,但是,还是有很大的超调量和很长的调节时间。为此本文利用模糊控制器与积分环节并联作为主调节器,由于而模糊控制器具有动态性能好、鲁棒性强特性的特点,可以克服对象模型不精确、对象参数时变的缺点,而以主副回路Smith预估器为辅,解决纯滞后问题,在保留原系统串级控制的基础上,形成一种新型的控制器。1.2 历史回顾Smith预估补偿控制自发明以来，最初由于受硬件条件的限制，很少在实际中被应用，近几年来，由于计算机技术的发展，Smith预估补偿控制在实际中应用越来越多。但由于其控制算法本身存在着控制效果紧紧依赖模型精度的缺点，而实际中由于各种原因往往很难获得非常准确的数学模型，所以实际应用中其控制效果并非那么理想。模型误差，尤其是纯滞后时间的误差较大时有时会使控制系统不稳定，因此近几年来关于Smith预估补偿控制改进型控制方案的研究很盛行。结合现在流行的模型预测控制的基本思想，在被控对象的输入端加一阶跃输入信号，通过测量即可获得被控对象的非参数模型即阶跃响应曲线。再利用系统识别的方法即可获得较准确的被控对象的参数模型。根据所获得的被控对象的参数模型在线地修正Smith预估补偿器中的模型参数，使得Smith预估补偿器中的模型与实际被控对象的模型误差最小或为零，这样设计的改进型控制方案，无论从理论还是从实际来看，其控制效果都要优于传统的Smith预估补偿控制。早在1957年OJ M Smith 就提出了一种以模型为基础的预估器补偿控制方法，从理论上成功地解决了时滞过程的设计问题。其基本思想是：利用过程的数学模型以内反馈方式包围常规的控制器(如PI ，PID )，使闭环传递函数的特征方程中不含纯滞后环节，从而消除了纯滞后的不利影响。Smith 预估器作为控制大时滞过程的一种有效手段，在工业过程控制中得到了大量应用。但是，常规的Smith 预估器控制有两大缺点：差的干扰抑制能力和鲁棒性。针对这些缺点，研究人员提出了一些改进型的Smith 预估器设计方案，但不同结构的Smith 预估器对特定控制对象有很好的控制效果而没有设计出一种可以针对任何时滞对象都具有较好控制效果的预估器结构。现在，许多改进方法都是将先进控制理论与Smith 预估器相结合，如模糊控制、滑模控制、自适应控制等控制理论应用到对Smith 预估器结构的改进可以让控制器根据不同的控制对象自行选择合适的事先设计好的针对不同对象的具有不同结构的Smith 预估器。1.3 论文贡献本文提出了两级Smith预估补偿的控制方法,该方法虽然能使系统性能有一定提高,但是,还是有很大的超调量和很长的调节时间。为此本文利用模糊控制器与积分环节并联作为主调节器,由于而模糊控制器具有动态性能好、鲁棒性强特性的特点,可以克服对象模型不精确、对象参数时变的缺点,而以主副回路Smith预估器为辅,解决纯滞后问题,在保留原系统串级控制的基础上,形成一种新型的控制器。在此论文的基础上本人参考有关文献结合所学知识提出了一种新型Smith自适应辨识控制算法，该方法按照模型参考辨识的设计思想，将副控对象看作一个被辨识过程，用广泛误差经过自适应辨识器来在线调整Smith预估器，使Smith预估器的动态与副控对象的动态尽可能一致。这样，即使副控对象随着时间或工作环境的改变而产生了变化，也能保证Smith预估器和副控对象的一致性。同时，在系统的外部根据所期望的性能指标设置了一个参考模型，这就是保证了即使主控对象随着时间或工作环境的改编而产生了变化，系统依然具有良好的控制效果6。1.4 结构及内容本文首先对文章中所使用的控制器设计的理论方法进行简要说明，主要有串级控制系统、Smith预估器、纯滞后补偿控制系统、自适应控制，然后具体分析文章引用的两级Smith预估器补偿的设计，最后提出一种纯滞后串级控制系统新型控制方案，并用上述方法对含积分滞后环节的控制对象设计了不同的控制器，通过 Matlab 仿真分析各控制器的控制效果，对各控制器的控制效果进行比较。2 纯滞后串级控制系统设计理论方法2.1 串级控制系统2.1.1 串级控制系统基本结构串级控制系统是由两套检测变送器、两台调节器、一个调节阀组成的。两台调节器是串联工作的，其中主调节器的输出作为副调节器的设定值，副调节器的输出才送往调节阀，其组成方块图如图 ：图2-1 串级控制系统组成方块图1. 组成原理将原被控对象分解为两个串联的被控对象。以分解后的两个被控对象的中间变量作为副被控变量，构成一个副回路（简单控制系统）。将原被控变量作为主被控变量构成主回路。主控制系统控制器的输出信号作为副控制系统控制器的设定值，副控制系统的输出信号作为主被控对象的输入信号。2. 环节与变量主变量：生产过程所需要控制的工艺参数，在串级控制系统中起主导作用的被控变量。副变量：串级控制系统中为了稳定主变量或因某种需要引入的辅助变量。主对象：主变量表征其特性的生产设备或生产过程。副对象：副变量表征其特性的工艺生产设备。主控制器：按主变量的测量值与给定值偏差而工作，其输出作为副变量给定值的控制器（主导控制器）。副控制器：其给定值来自主控制器的输出，并按副变量的测量值与给定值的偏差而工作的控制器（又名随动控制器）。主回路：由主变量的测量变送装置，主、副控制器，执行器和主、副对象构成的外回路。也称为外环或主环。副回路：由负变量的测量变送装置、副控制器、执行器和副对象所构成的内回路。也称为内环或副环。主测量值、副测量值：相应被控变量的测量值。主设定值、副设定值：主设定值是主被控变量的期望值，由主控制器内部设定。副设定值由主控制器的输出信号提供。3. 结构特点系统有两个闭合回路，形成内、外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。主、副调节器是串联工作的，主调节器的输出作为副调节器的给定值。图2-2 串级控制系统框图：主控制器。细调作用。定值控制。例如，温度控制器：副控制器。粗调作用。随动控制。例如，流量控制器：主被控对象。 ：主设定值。 ：主被控对象：副被控对象。 ：副设定值。 ：副被控对象：进入主回路的扰动 ：进入副回路的扰动（2-1）（2-2） （2-2）串级控制系统的工作过程，就是指在扰动作用下，引起主、副变量偏离设定值，由主、副调节器通过控制作用克服扰动，使系统恢复到新的稳定状态的过渡过程。2.2 Smith 预估器2.2.1 Smith 预估控制Smith于1957年提出的预估控制算法,通过引入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括纯滞后项。Smith预估控制是一种广泛应用的对纯滞后对象进行补偿的控制方法，实际应用中，表现为给PID控制器并接一个补偿环节，该补偿环节称为Smith预估器。Smith预估补偿是在系统的反馈回路中引入补偿装置，将控制通道传递函数中的纯滞后部分与其他部分分离。其特点是预先估计出系统在给定信号下的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使被延迟了的被调量超前反映到调节器，使调节器提前动作，从而减少超调量并加速调节过程。如果预估模型准确，该方法能后获得较好的控制效果，从而消除纯滞后对系统的不利影响，使系统品质与被控过程无纯滞后时相同。设被控对象传递函数为： （2-3） 是中不含纯滞后特性的部分图2-3史密斯预估器的原理：与D(s)并联一个补偿环节，用来补偿对象中的纯滞后环节。这个补偿环节叫做预估器。它的传递函数： （2-4）增加补偿环节后的结构图：图2-4由预估器与D(s)组成总的补偿控制器（简称补偿器） （2-5）经过补偿后的闭环传递函数 （2-6）经过补偿后的闭环系统，因其滞后特性相当于已到了闭环回路之外，它相当于下面的系统 （2-7）图2-5它不影响系统的稳定性，只是将后移了一段时间。其控制性能相当于无滞后系统 （2-8） （2-9）2.2.2 Smith 预估器优缺点Smith 预估控制对于大时滞系统具有良好的控制作用, 它在估计对象动态特性的基础上, 用一个预估模型进行补偿, 从而得到一个没有时滞的被调节量反馈到控制器。Smith预估控制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。这种方法虽然从理论上解决了时滞系统的控制问题，但在实际应用中却还存在很大缺陷。Palmor提出Smith预估器存在这样两点不足:1.它要求有一个精确的过程模型，当模型发生变化时，控制质量将显著恶；2.Smith预估器对实际对象的参数变化十分敏感，当参数变化较大时，闭环系统也会变得不稳定，甚至完全失效。Watanabe进一步指出Smith预估器的两个主要缺陷:1.系统对扰动的响应很差；2.若控制对象中包含的极点时,即使控制器中含有积分器，系统对扰动的稳态误差也不为零。另外Smith预估器还存在参数整定上的困难，这些缺陷严重制约了Smith预估器在实际系统中的应用。针对Smith预估器存在的不足，一些改进结构的Smith预估器就应运而生了。Hang C C等针对常规预估控制方案中要求受控对象的模型精确这一局限，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。对于Smith预估器的参数整定问题，张卫东等人提出了一种解析设计方法。并证明该控制器可以通过常规的PID控制器来实现，从而能根据给定的性能要求(超调或调节时间)来设计控制器参数。2.3 纯滞后补偿控制系统从广义角度来说，所有的工业过程控制对象都是具有纯滞后(时滞)的对象。衡量过程具有纯滞后的大小通常采用过程纯滞后和过程惯性时间常数之比。时，称生产过程是具有一般纯滞后的过程。当时，称为具有大纯滞后的过程。 图2-6 控制系统框图在控制系统中的反馈通道出现纯滞后。这时，可表示为： （2-10）其中，不含纯滞后，可以求得：（2-11） （2-12）系统的闭环特征方程为： （2-13）设开环传递函数为： （2-14），则交界频率 临界增益 ，则交界频率 临界增益 ，则交界频率 临界增益 （2-15） 稳定条件 绝对稳定纯滞后的增加，引起相位滞后增加，从而使交界频率和临界增益降低，将出现两个不良后果：交界频率降低，这意味着进入系统的即使是低频周期性扰动，闭环响应亦将更为灵敏；临界增益降低，这表明为了保证闭环系统的稳定性，则系统降低控制器增益，导致闭环系统的品质下降。总之，的增加是不利于闭环系统的稳定性，使闭环系统的控制品质下降。所以，纯滞后出现在反馈通道时，系统的稳定性变差，控制质量下降。因此,出现在闭环任一环节中的纯滞后都会引起开环系统相位移的增大。使闭环系统稳定性下降，控制质量变差。而出现在干扰通道的纯滞后，不处于闭环回路中，因此，它的大小不影响系统的开环频率特性，不影响闭环系统的稳定性，也不影响控制质量。在控制系统的确定和设计时，为了提高系统的控制质量，应设法努力去减小处于闭环回路中的纯滞后。2.4 自适应控制自适应控制系统的定义：自动调整控制器的参数，以补偿被控过程的特性以及运行条件的变化，确保控制系统有良好的控制品质。基本类型：1.自整定控制器（简单自适应）：简单辨识，对控制器的参数做简单调整。2.自校正控制器：在线系统辨识，获取过程模型，定义指标函数，并使指标函数最小求出控制算法（最小方差或广义最小方差）3.模型参考自适应控制：采用参考模型作为控制系统理想闭环模型，根据参考模型与实际过程输出之间的偏差，来调整控制器参数的控制算法。图2-7预定增益自适应控制器：调整控制器的增益，系统如下:图2-8说明：过程增益会发生变化，而某一中间辅助变量可以反应这种变化，则控制系统的自适应调整机构可以去获取这种变化。依据偏差调整控制器的参数示意图:图2-9根据偏差来调整PID调节器的参数。调整的思想：（若调整和）当e偏差已经很小时（在设定值附近），微分作用是有效的，应适当加大微分作用，而取比列作用和积分作用小。即： 当e偏差最大时，为了尽快使被调量回复，比例和积分较大，微分较小。即：表2-1原则： 偏差大，微分作用要弱。偏差小但变化快时，微分作用要强；偏差小但变化慢时，微分作用要弱；表2-2原则：偏差大，积分作用要弱（动态调整期）。偏差小但变化快时，积分作用要强；偏差小但变化慢时，积分作用要弱；自校正控制器：控制系统的结构：图2-10最小方差控制单步预测控制方法：一、基本自校正控制器二、广义最小方差自校正控制器模型参考自适应控制（Model Reference Adaptive Control）简称MRAC 系统包含一个参考模型，模型动态表征了对系统动态性能的理想要求，MRAC力求使被控系统的动态响应与模型的响应相一致。与STR不同之处是MRAC没有明显的辨识部分，而是通过与参考模型的比较，察觉被控对象特性的变化，具有跟踪迅速的突出优点。两类设计方法：一、基于局部参数最优化的设计方法（MIT律）二、基于稳定性理论的设计方法（Lyapunov方法）3 两级Smith预估补偿器的设计3.1 两级Smith预估补偿器的设计对于具有纯滞后的串级控制系统，本文所采用的控制方法是在副环节中加入Smith预估器，预先估计出副控对象过程在干扰作用下的动态特性，然后由Smith预估器进行补偿，力图使被延时了时间的被控两超前反应到副调节器的输入端，使副调节器提前动作，从而明显减小超调量和加速调节过程。其结构框图如图3-1所示。图3-1 纯滞后串级控制系统的两级Smith预估补偿框图图3-1中,为副调节器传递函数,为副回路被控对象传递函数,模糊控制器与积分环节并联作为主调节器,其等效传递函数设为,为主回路被控对象传递函数,和)分别为内回路和外回路Smith预估器。其中 （3-1）副回路等效传递函数为： （3-2）外回路中含有Smith预估器的控制器的等效传递函数为： （3-3）则图3-1所示的串级控制系统的传递函数为： （3-4）由上式可以看出,经过两级Smith预估器补偿后,系统的特征方程为： （3-5）特征方程式中不包含,因此,纯滞后特性不影响系统的稳定性。3.2模糊控制器的设计图3-2给出了模糊控制器的原理框。为简便起见,系统偏差、偏差变化率和输出的模糊集均为:负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(ZE)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)。按经验均选三角形作为隶属函数曲线见图3-3。图3-2 模糊控制器原理图图3-3模糊子集的隶属函数模糊控制器是模糊控制系统中的核心部分,其控制规则根据有经验的专家和操作者的经验和知识制定出,控制规则如表3-1所示,采用的模糊推理算法为Mamdani的“最小最大”推理法,模糊判决为重心法。在matlab的主窗口中输入fuzzy即可调出模糊工具箱界面，退出界面的时候会提示保存，保存格式为fis，在此将文件保存为fzy1.fis，那么下次使用这个文件的时候在主窗口中输入fuzzy fzy1即可。模糊控制器的建立过程如下：（1）设定误差E、误差变化率EC和控制量U的论域为-8 8。（2）设定E、EC、U的模糊集为NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB。（3）设定三角型隶属度函数。（4）根据表3-1设定模糊控制规则。表3-1 模糊控制规则表点击Edit-Add Variable即可进行变量的添加，在右下方可以进行名称的修改，左下方是与或运算方式、去模糊化方式等的选择，一般可以使用默认方式即可。图3-4 添加变量双击图3-5中左右两侧的矩形图像即可进行论域与隶属度函数编辑，点击Edit-Add MFs即可进行隶属度函数的添加，右下方可以选择隶属度函数类型，左下方可以修改论域以及显示范围。图3-5 添加论域与隶属度函数双击图3-6中中间的矩形图像即可进行模糊控制规则的编辑，根据if e or(and) ec then u的形式进行添加规则，可以修改规则权重。点击下方的Add rule和Delete rule即可进行规则添加和删除。至此完成模糊控制器的搭建。图3-6 添加控制规则使用菜单栏中的View-Rules即可观察设计规则，如图5所示。拖动输入变量中间的竖直线，可以看到控制量的变化情况。图3-7 观察设计规则 使用菜单栏中的View-Surface即可观察输入变量输出变量的三维曲面，如图3-8所示。图3-8 输入输出曲面3.3 算法仿真研究根据经验可知,对于串级控制系统,其副回路与主回路时间常数之比一般小于1：3。在仿真过程中为了方便比较,根据文献5取主副回路被控对象。主回路被控对象： （3-6）副回路被控对象： （3-7）纯滞后时间常数： （3-8）副回路传递函数： （3-9） （3-10）主调节器采用模糊控制器与积分环节并联构成,这样可以解决系统静态偏差大的问题,其中积分环节增益为。模糊控制器是一个两输入、单输出二维模糊控制器,输入量为系统偏差E及偏差变化率EC,输出量为控制量U,它们的增益分别为,。副调节器采用PI控制器,调节器控制参数为,。图3-9系统的simulink结构图三种控制策略,基于一级Smith预估器的串级PID控制、基于两级Smith预估器的串级PID控制和基于两级Smith预估器的串级模糊控制的阶跃响应曲线如图3-10。图3-10 系统的阶跃响应曲线由图3-10知,基于两级Smith预估补偿的纯滞后串级模糊控制比另外两种控制策略的响应快,控制效果好。本文提出的控制方法应用于纯滞后串级控制系统,很大程度改善了系统的控制品质,增强系统的鲁棒性和抗干扰性,是一种有效的控制方案。通过以上Matlab仿真比较得出三种控制的性能指标,见表3-2。从表3-2可以看出:基于两级Smith预估补偿的串级模糊控制比另外两种控制策略具有更好的效果,它使系统具有较好的动态特性;不仅调节时间短,而且无超调量,具有较理想的稳态品质,稳态过程无振荡,控制精度较高。表3-2 三种控制策略性能指标控制方法超调量调节时间稳态误差基于一级smith预估补偿的串级PID控制37%207s0基于两级smith预估补偿的串级PID控制7.07%140s0基于一级smith预估补偿的串级模糊控制062s0结论：本文提出的基于两级Smith预估补偿的串级模糊控制将串级控制方法与模糊控制、Smith控制相结合,来解决串级控制系统中存在的问题。仿真结果表明,将Smith预估器引入到串级控制系统的主副回路中,加快了主副回路的响应速度;引入模糊控制以后,控制效果得到了一定的改善,能得到更好的控制效果,调节时间大大缩短、无超调量、稳定性能增加。若被控对象数学模型发生变化后Smith预估器也发生了相应的变化,则系统的控制效果预计将会更好,进一步的研究将朝这个方向进行。4 纯滞后串级控制系统新型控制算法的设计4.1 新型控制算法的设计利用局部参数最优化方法，在设计局部参数最优化校正中，只考虑了增益的漂移进行自适应律的设计。该方法是1958年由麻省理工学院提出的“MIT”方案，其结构图如图4-1所示。图4-1 MIT方案 图4-1中被扰过程的传递函数是，为了克服干扰引起的增益的漂移，对模型增加了一个可调增益，设计一个自适应律，通过调整，使得模型动态尽可能跟随过程输出广义误差: （4-1）其中，为参考模型输出，为被控对象输出。考虑性能指标采用输出广义误差的二次型参数最优化方法，求 （4-2）对可调增益参数的梯度，即： （4-3）按梯度法，使下降的方向是它的负梯度方向，于是新的可调增益参数值应取值为： （4-4）式中为正的常数。式（4-4）对求导，则有 （4-5） 由图4-1，开环系统的传递函数是 （4-6）广义误差所满足的微分方程为 （4-7）式中微分算子,上式两端对求导有 （4-8） 参考模型的输出满足： （4-9）由（4-8）和（4-9）式可得： （4-10）将（4-10）式代入（4-5）式，得： （4-11）其中。（4-11）式就是可以调整增益的自适应控制律，以此设计自适应控制器。根据此控制律，图3-1所示的时滞串级控制系统的结构框图就变成图4-2。图4-2 纯滞后串级控制系统的新型控制方案系统框图 图4-2中，为副控对象，为主控对象，为PID控制器，为参考图形，为Smith预估器。当时，系统实时辨识副控对象来在线整定，使得，这就保证了Smith预估器和副控对象的一致性，当主控对象随着环境的变化而产生了变化时，系统就会以为参考模型来在线整定，使系统依然跟踪的输出。当时，Smith预估器和的等价传递函数为 （4-12）从而得到内环的等效传递函数为： （4-13）可见，当时，Smith预估器将使被延时了时间的被控量超前反应到副调节器的输入端，使副调节器提前动作，从而明显地减小了超调量和加速了调节过程。4.2 仿真分析根据经验可知，对于串级控制系统，其副回路与主回路的时间常数之比一般小于1：3。在仿真实验过程中，本文取主、副控制对象如下：主控对象： （4-13）副控对象： （4-14）纯滞后时间常数： （4-15）参考模型： （4-16）内环控制器采用PI控制器，其控制器参数，。其它参数为，分别采用图3-1和图4-2两种控制方案对以上对象进行仿真，系统的simulink结构图如下所示：图4-3系统的simulink结构图仿真结果如图4-4所示：图4-4 两种控制方案的比较图4-5 纯滞后时间增加40%的仿真图图4-6 主、副控制时间常数均提高50%的仿真图图4-4中，新型控制方案较常规的控制方法不仅使系统的超调量大大减小，同时还减小了系统的调节时间。将纯滞后时间提高40%，将主、副控制对象时间常数均提高100%。按照以上两种控制方式进行仿真，仿真结果见图4-54-6表4-1所示为参数变化时系统动态性能指标。仿真表明，采用新型控制方案的控制系统其性能指标依然保持在允许范围内，可迅速消除Smith预估器和对象的参数误差，保证系统输出的稳定性和良好的响应特性，具有较强的参数适应能力，当对象参数变化时，系统的鲁棒性大大优于常规的控制方法。表4-1 参数变化时的系统动态性能指标方案/参数初始参数值纯滞后时间常数提高40%主、副控制对象时间常数提高50%主、副控制对象增益提高50%常规控制系统发散模型参考自适应控制结论：针对具有纯滞后的串级控制系统，提出了一种新