计算机控制—史密斯预估器编程

1、东南大学能源与环境学院实 验 报 告课程名称： 实验名称： 院 （系）： 专 业： 姓 名： 杨康 学 号： 实 验 室： 实验组别： 同组人员： 实验时间： 年 月 日评定成绩： 审阅教师： 目 录一实验目的3二实验内容3三实验步骤3四实验分析12实验二 Smith预估控制实验指导书一 实验目的 通过实验掌握Smith预估控制的方法及程序编制及调试。二 实验内容 Smith预估控制系统如图所示， 图一对象G(S)= Ke-s / (1+T1S) ,K = 1, T1 = 10 s , = 5 s ,Wc(z)采用数字PI控制规律。 对象扰动实验画出U(t) = u01(t)时，y(t)曲线。

2、 Smith预估控制(1) 构造W(S)，求出W(Z)。(2) 整定Wc(s)(按什么整定？)(3) 按图仿真，并打印曲线。 （4） 改变W(S)中K，（对象不变），进行仿真比较，观察它们对调节 过程的影响。三 实验步骤1、对象扰动实验（1）差分方程如附录。（2）源程序如下：#includeiostream.h#includemath.h#includefstream.hvoid main()fstream outfile(data1.xls,ios:out);double t;double u0;coutt;coutu0;double ee=pow(2.718,(-t/10.0);int N

3、;int i;double u100,y100;for(i=0;i100;i+)ui=u0;yi=0.0;N=1+5/t;for(i=N;i100;i+)yi=(1-ee)*ui-N+yi-1*ee;for(i=0;i*t100;i+)coutyit;for(i=0;i*t100;i+)outfilei*tt;outfilen;for(i=0;i*t100;i+)outfileyit;outfile.close();（3）输出结果：当采样周期T=1，阶跃幅值为1时：Y（t）输出数据：0000000.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.798070.0.834670.0.

4、0.0.0.0.0.0.0.0.0.944960.0.0.0.0.0.0.0.0.977620.979750.0.983420.0.0.0.0.0.99090.0.992550.0.99390.994480.0.0.0.99630.0.0.0.997520.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.999590.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.阶跃响应曲线如下：图二2、Smith预估控制（1）差分方程见附录：（2）源程序如下：#includeiostream.h#includemath.h#includefstream.hvoid main

5、()fstream outfile(data1.xls,ios:out);double t,kp,ki;int t1,k;coutk;coutt1;coutt;coutkp;coutki;double ee=pow(2.718,(-t/10.0);int N,N1;int i;double r100,e1100,e2100,cm100,q100,u100,y100;for(i=0;i100;i+)ri=1.0;e1i=0.0;e2i=0.0;ui=0.0;yi=0.0;cmi=0.0;qi=0.0;N=1+5/t;N1=t1/t;coutNtN1endl;for(i=0;i0&i=N)yi=(

6、1-ee)*ui-N+yi-1*ee;if(i=N1)e1i=ri-yi-1;cmi=ee*cmi-1+k*(1-ee)*ui-1;qi=cmi-cmi-N1;e2i=e1i-qi;ui=ui-1+kp*(e2i-e2i-1)+ki*e2i;if(i=N)yi=(1-ee)*ui-N+yi-1*ee;for(i=0;i*t100;i+)coutyit;for(i=0;i*t100;i+)outfilei*tt;outfilen;for(i=0;i*t100;i+)outfileyit;outfile.close();（3）输出结果：以下所涉及到的采样周期均为T=1，PI控制器的参数均为Kp=1

7、，Ki=1；当Smith预估器中的K=1，延迟时间=5时（即与对象的特性完全符合）：Y（t）输出数据：0000000.0.0.0.1.086761.236391.371281.471041.53111.549551.527611.469561.389311.293441.189831.085670.0.899810.0.0.0.0.0.0.0.0.0.947450.1.040111.076311.10351.12091.128481.126831.117081.100791.079731.055811.030931.00680.0.0.0.0.0.937890.0.0.0.0.0.1.0051

8、11.014481.021861.026981.029781.030321.028821.025611.021081.015691.009871.004060.0.0.0.987350.0.0.0.0.0.0.0.997421.000111.00251.004451.00591.00681.007151.0071.006411.005471.004281.002931.001551.000220.0.0.0.扰动曲线如下：图三当Smith预估器中的K=1，延迟时间=2时（即与对象的特性不完全符合）：Y（t）输出数据如下：0000000.0.0.0.1.210951.506191.810532.

9、085772.314632.489892.601232.638892.595622.465642.250951.958931.599891.187740.0.-0.-0.-0.-1.25121-1.44044-1.51579-1.4662-1.28642-0.-0.-0.0.1.291641.999962.700933.3583.934554.395884.711034.854644.808624.563514.119523.487122.687151.750360.-0.-1.44817-2.47036-3.37751-4.11571-4.63639-4.89916-4.87439-4.54

10、543-3.91026-2.98249-1.79168-0.382781.185242.84154.50626.094087.518558.696039.5504510.017610.04949.616898.713477.356325.587043.471091.09587-1.43244-3.99312-6.45626-8.68888-10.5616-11.9554-12.7687-12.9234-12.3704-11.0941-9.11507-6.49149-3.318320.4.130268.0644511.8815.373118.3435扰动曲线如下：图四当Smith预估器中的K=2

11、，延迟时间=2时（即与对象的特性不完全符合）：Y（t）输出数据如下：0000000.0.0.0.0.1.114551.308341.469091.593381.692661.76081.790271.782271.737661.661471.560211.437781.299491.153021.005580.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.1.030841.133891.226831.305851.367931.410941.43371.435981.418481.382781.331211.266721.192741.112981.031270.0.0.0.755940

12、.0.0.0.678380.0.0.0.0.0.0.1.054841.108451.155051.192811.220371.236891.242061.236091.219711.194051.160641.12131.078041.032960.0.0.0.0.0.0.821610.0.827550.0.0.0.0.0.1.01937扰动曲线如下：图五四 实验分析当系统是特征方程中含有纯迟延项的时候，系统的闭环稳定性事下降的，当迟延时间比较大的时候，系统就会不稳定。因此采用常规的控制是难以使系统获得满意的控制性能的。理论上，一个被控对象的过程可分为纯迟延环节和Gp（s）（不含有纯迟延项），如果虚拟变量C可用某种方法测量，并作为反馈量连接到控制器，就可以把纯迟项移到闭环的外面。因为在反馈信号中没有迟延，系统的响应将大大得到改善，同时在外回路用第二个反馈构成Smith预估器控制系统，当中的D（s）控制器采用常规的PI或PID控制器。采用Smith预估器的闭环传递函数为Y（s）/R（s）=D(S)G(S)/(1+D(s)G（s）)* e-s在迟延项