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Smith算法的分析和运用电气09专200720235014苏辰1 前 言在工业生产过程中,具有时滞特性的控制对象是非常普遍的,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,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.Smith预估控制方法虽然从理论上解决了时滞系统的控制问题 1.它要求有一个精确的过程模型,当模型发生变化时,控制质量将显著恶化;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。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.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 研究的原理Smith预估控制是瑞典科学家Smith于1957年提出的一种解决时滞系统控制问题的预估控制方法，其控制基本思路是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，然后由预估器进行补偿控制，使被延迟了的被调量提前反映到调节器，并使之动作，以此来减小超调量与加速调节过程。Smith预估算法是克服纯滞后的另一个有效的控制方法.其基本原理是通过预估对象的动态特性，用一个预估模型来进行时间滞后的补偿，补偿器与被控对象共同构成一个没有时间滞后的广义被控对象.这样，控制器相当于对一个没有时间滞后的系统进行控制，从而有效地克服了纯滞后的影响.其结构图如图2所示。图中Go( s) 为对象中不含时间滞后的部分，为Smikh预估器。理想情况下为 Gc( s)为控制器。由上图可以得到系统的闭环传递函数为： 由于通过Smith预估器的补偿，广义被控对象中己不含有时滞部分，因此控制器Gc( s)可以采用常规的PID控制器.在实际控制当中常常将Smith预估器与控制器进行连接，这样其等效的系统结构图如图3所示：2史密斯预估器的计 算机实现，由图可以得到带有史密斯预估器的计算机控制系统结构框图：图中，H0(s)为零阶保持器，带零阶保持器的广义对象脉冲传递函数为3 原理的应用仿真 具有纯滞后的开环系统结构图和响应曲线图：（图1）具有纯滞后的开环系统 具有纯滞后的PID控制系统统结构图和响应曲线图：（图2）具有纯滞后的PID控制系统 具有纯滞后的PIDSmith算法控制系统结构图和响应曲线图：（图3）具有纯滞后的PIDSmith算法控制系统4 结论 从以上分析中可以看到，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，但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹配。1、观测Simulink仿真程序运行的结果，仿真结果表明，Smith控制方法具有很好控制效果。2、反复进行系统整定；当参数适当值时，使系统稳定运行。对系统进行控制指标的综合考虑，系统反复调试，最终达到理想效果。Smith具有纯滞后的PIDSmith算法控制系统优点： (1)系统的响应速度加快、调节精度提高、稳态性能好；(2)降低了超调量、减少了振荡次数、动态性能优良；(3)在被控对象参数发生变化时，系统的鲁棒性较强，控制品质好。5 参考文献1 韦巍智能控制技术M北京：机攘工业出版社20002 张国良模糊控制及其MATLAB应用M西安；西安交通大学出版社，20023 郭阳宽,王正林.过程控制工程及仿真基于MATLAB/SIMULINKM.北京:电