大纯滞后系统的一种PID预估控制方法

1、lournal of Wuhan Institute of Technoogy I程技术大纯滞后系统的一种 预估控制方法吕群，于标(扬州职业大学，江苏 扬州225(X)2 )摘 豐，常逆iM W2&不能对人纯滯JG对彖讲行右效梓期沟T > 时常观谐节器已很难获得良好的控制性能以至系统失去稳定性。文耳提岀了一种预估控制方法能对人 MMM统进行仃效控制 该控制力仏。纯滞眉时间t无关方法简单,陽于工程实现. 使常规调节器任人纯滞厉系统的控制中如同对无纯滞厉系统的控制一样有效。同时证明了该法使系统的口定性与系统的纯滞航无关，经仿真脸证该法口冇口好的控制品质.11能适应对線参数和结构有一定

2、变化的时滞系统 此外对系统扰动的补偿 做了一定的讨论捉出了一些较冇效可行的补偿方法。关健词：稳定性；时滞系统；険佔控制方法寸尤动补偿© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 中图分类号:文献标识码:文章编号：()© 1994-2009 China Academic Jou

3、rnal Electronic Publishing House. All rights reserved, A 汉 职 业 技 术 学 院 学 报00七 年 第卷第五期总第常规 须佔控制需耍准确知道被控对猱的模 型.否则将不能对时滞系统进行良好的控制。图 为 的估控：lij系统芻效框图为了说IUJ问腔木文仍 作简耍论述。设被控对彖为其中 为被控f彖不包含纯滞后特性的模型.h；环节，在般的控制系统中 和e"是难以分开的。S1 Smith序估復果统等效権图S2 EB，的效柜图图中的须佔控制姜求r G e*才能使系统闭环传递函数的特征方程9纯滞后环节e" 无关.并对得到图 所小

4、的等效趙询硕佔控制系统. 这就怠味若必须准确知道被控对探模型的阶和时滞才 能有图 所小的I；妆超iHf预估控制系统.而实阿上仃 许多被挖对探模型的阶和时滞的卅确信息往往确以获 码.nil须佔控制n身井不能対系统固仃的扰动进行补偿o二、预估控制方法木文捉心如图所示的超前预佔控制方法，U'J 图 等效超询儉佔控制系统不同之处在于 接在 之后，在扰动 之前，核心思想就足产生一个能 对 仔良好控制品质的控制屋使其直接作用于而 的变化不受e"的影响所以在不考虑扰动 的诒况卜无须对纯滞后时何T 做出侦 估。虽然 在控制开始时就作用于e亠 (H调弋粘已根抑： 在砂控制过程中的输出 对 进行

5、了不断的修正使对时滞系统稳定件不产牛 影响口爭实上若不考虑 时图 是补偿Dt具体 实现的结构框图从实际出发补他器应为:© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 收梢日期：作者简介:Hfift)外江苏扬州人扬州职业大学崗级工程师研究方向：电源艸论研究与技术应用微机控制技术曲用；于标(

6、)9J.il：苏品邮人扬州职业大学副教授研究方向：控制丹论与应用计算机捽制技术应用。© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, I:程技术工程技术© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, I:程技术© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing Ho

7、use. All rights reserved, I:程技术HW于标大纯滞麻系统的一种 预估控制方法Dr G. T是对7的预估.是对的侦估，图的闭环传函()如下： 八门PID s G叹亠PH) s (； s r 1 PIDsG sc-PIDs G 欣亠()P1D s G s PIDs'G W-G s L'%众所周知若# 或T # T X )式所示的闭环传函特征力程的根与纯滞后坏肯仃关实际上 很难完全做到与T T同时成立因此给应用上带来了一些困难。卅不考老扰动补偿环节 和 的作用时图 控制系统等效为图 控制系统图 屮1然 引入了 一个超HU坏节其超W时间完全等于纯滞后时 间T。

8、T秒。仿貞结果如图所示。y1 fI0.802(8)的响虫Gl(i)r n 的0.6<0.40.2<t(»)u (500100015007000图5超前预估控制方法仿M«JR0B6超前预估控制方法樽性仿xm«G1(j) 02(0武汉职业技术学院学报ffl4 D(S)T)图3的磚妓控制系统權图o O七年須A卷第五期设图控制系统的闭环传递函数为，则由图不难得妝)式：Y $ PIP s宀(、Rs PII) 5 Gs)式比较町以看出f )式等价地做到了li T T同时成立所不同的足并不耍求必须等于 才能实现理想的须佔控制且不须预估T，极人降低了对被挖对彖模型的依

9、赖程度，可 以石仙闭环传递函数的特征力程如)式所示：PIDs G $()()A'l'的特征方程与e"无关，农明图小时滞 系统的稳定性取决于 打 构成的控制系统稳 定性o若能做到则可对 0"做吏佳的控制即便 «通过控制参数的适芳调整.也能对05进行胡质优及的控制。图 的仿貞纳宋验证了超IW预佔控制h法的1E确 性枝控对線e"的动态响hx品质町以做得很好。图足在被控对線e"的模熨参数和給构发生变化后而调节戮控制参数和均不变的怙况卜的仿貞结果.衣明超前预估控制方法n有较好的鲁H*性、四、对有扰动的人纯滞后系统的控制实际系统往往都仃扰动

10、仔在.扰动屋的获知一般 冇两种怙况一足扰动敞可在传递到被挖对探而获知; 刃一足扰动駅必须要从系统输宙中预佔ik知o对询者 是较易控制的而对肩者是不易控制的木文将对这两 种怙况做如下的研究打分析。(一)扰动的补偿图 为扰动址必须耍从系统输出中侦佔获知几 仃扰动补偿控制作用的控制系统桥图 图 为扰动址 可在传递到被控对象曲扶知.具有扰动补偿控制作用 的控制系统框图。总那二十九期)三、无扰动情况下超IJU侦估控制系统的仿貞 验证用做如下仿貞取调节器控制参数为：.，。设，0亠0".T秋。仿貞结果如图 所示。在图中 调节器控制参数不变，()也不变.人纯滞后对彖的模型分别取为e-,T秒利eTEE

11、7 忧动在传遽對械检对的袒制系统紙團© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, I:程技术© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, I:程技术EE8 M（s）的结构枢图 是对 e®的侦估为 e 如图所示。W Jy s扰动传递晌数为：G se-rM s G s e7代入）式仃：Mos G/n s GI s e&quo

12、t;M s GsM s G s e7，则有:M s Gms G s eT若H,为了获得零稳态获差，对 也M s Gms G sUU：玄 M s G1 5 G s111 ）式和）式分别可衍:且:的结构应做如下约束:（GIGV 阿；G GV G M 若设 为（） 为（式可很儿T TT 卩也満型）式的要求。（二）对阳和图所示系统的 真验证用为：结果如图和阳做如卜仍真取调肯黯控制参数（ ）.）.T分别取抄和 秒。仿眞所示。图9图3所示控制系统的仿H结果ffl10图7所示控制系统的仿K结K图中的虚线与实线分别足图控制系统在T 収 秒和 秒扰动最为一 的响应曲线. 为小位阶跃侑兮。从两响应曲线可以看出扰动

13、的补偿 受纯滞后时间T的彩响这是一个康題.另外图 中 的 和主耍对被控模型的纯滞后时间7墩感,木文不心此做讨论。图 中的虚线与实线分别是图 控制系统在T取 秒和 秒.扰动fit为一 的响Z曲线.fl 图 是假设扰动虽在传递到被控对彖 前可获知的故其 和 中可不包倉纯滞肩环节 对纯海后时何T不墩感，从两响应曲线可以看出 扰动的权偿不受纯滞后时间T的影响扰动得到及时 补偿补偿效果牧好但实际控制系统的扰动怙况片不 都是这样而图 所示的扰动怙况更常见。（三）对图 所示系统扰动补偿的讨论与 仿貞验证图 所示系统的扰动补偿空到了纯滞后时间T 的延时结果便补偿不及时繆响扰动补偿的效果. 但补催的作用是能实现

14、的一为了解决补偿不及时的问 題町以考世用前谀控制的思想从系统输出中检测出有扰动老响时，就进行及时补偿,控制系统如图 所示.该控制系统在理论上是完全可行的。图 中在 厉串一纯比例环节其比例系数的人小对补偿的 速度仃影响。PID(s)«11接补傕整制的系统框图图12 N（s）的第构権图扰型传递曲数为：T标大纯后统的估 控 制H法A 汉 职 业 技 术 学 院 学 报00七年第卷 第五W）总第© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, I:程技术工程技术H

15、 w T 标大純滞后系统的一种 预估控制方法取：松-TOT7 则冇：MsGXsKMs为获得零稳态谋差对 ()应做如下约束:即：G S Wo5 G s1 M s G s KM s 1若设为为可得:GA/o G1M(；1 KMKI 6U $<；1$十 r从 > 戌可知技阳 小从)式()是町以满他)式翌求的亠补偿的速度与 值的试汉职"术学院学报人小近似成iE比，扰动引起的下冲輛度9 值的人小 近似成反比厂 般町取 在儿至儿I之内牧适中木文S13图11所示控廉统的仿XttJR图 的仿貞.结杲优f图 的仿貞结果说iyj利j hH接补偿控制使系统的扰动得到了及时补偿.未空纯 滞后环纯

16、时的妙响.山丁补偿通道中比例环弋 的 作用使扰动的补偿效果更好。但图 及图中 的纯延时时何T 对系统延时时间T敏感，对系统延 时时间不确定的或未知的怙况采用实时检测来确定T 较为可行。采用讨灯机控制技术实现以I肿制系统时. 则不难较准确地呦定系统延时时间T .由于木文提出 的超前预佔控制方法9系统延时环节e"无关.故控制 系统的稳定性不受 严的影响只是进行扰动补偿时需 要较准确的系统延时时间T这就为系统控制开始厉 实时测出系统延时时间T创造了条件用程序的方法 是不雅实现的。五、结论木文捉出的预佔控J MJ方法无需辩识对彖的纯滯Ju 时问丁 只婪求 能近個于 就可以对貝有人 纯滞后特性

17、的系统进行简甲仃效的艮好控制并能在 彼控对猱模型有一定变化时.具有絞好的仔棒性.有良 好的动静念响应品质，对扰动的补偿捉出了 i空较心 效可行的方法易于工程实现。鑒考文献：'1' O.J.M.Smilhl 1959) A controller Io overcome dead time .ISA Journal. Vol.32. No.6,28-33.2 M.Veroncs( 2003) Perfonnance Improvement of Smith Pre <lictor Tlmjugh Automatic Computalion Of Dead Time Yokog

18、awa Technical Report English Endion NO 35.3 Zhang, W. D & Sun, Y. X ( 1996) Modified Smith Pre <lictor For Conlroling Integrateor/TimeDelay Process Ind . Eng .Chem Res35.2770.贪任编训：刘騁o O七年巫A卷第五期总那二十九期)A PID Predictive Control Method For Time-Delay Systems WithLong Pure Time DelayLU Qun'.YU

19、 Biao2(Yangzhou Polytechnic College. Yangzhou 225002 China)Abstract: A general PID-contmUrr can not control time -delay systems with pure long lime delay effectively. WhenT/r ivaches alx)ve 0.5 PID-contn>ller can hardly gain the gocxl contml of thrill and even have the systems lose their stabilit

20、y. This paper presents a predictive cont ml method for time-delay systems with long pure time delay 9 which can control them effectively TheT-pure time delay is not involved in the methcxL which is simple and can l)e apply easily to engineering ; With this method, the general PID-controller can be as effective as no time-delay systems in controlling time -delay systems with long pure ti