纯滞后过程的控制课件

基于模型的控制方法倪东浙江大学控制学院2017/05/11基于模型的控制方法倪东内容Smith预估控制纯滞后对控制性能的影响用于纯滞后补偿的Smith预估器改进的Smith纯滞后补偿器其他模型控制內模控制与模型预测控制内容Smith预估控制带纯滞后的广义对象广义对象动态特性？τKpgp(s)∙e-τs带纯滞后的广义对象广义对象动态特性？τKpgp(s)∙e-τ常规PID控制系统问题：采用Ziegler-Nichols

或Lambda

整定法确定PID参数，并比较其数值大小过程模型：常规PID控制系统问题：采用Ziegler-Nichol仿真例子#1对于PID控制器,Z-N整定法：Kc=1.2,Ti=4min,Td=1minLambda整定法：Kc=0.83,Ti=4min,Td=1min仿真例子#1对于PID控制器,仿真例子#2对于PID控制器,Z-N整定法：Kc=0.3,Ti=16min,Td=4minLambda整定法：Kc=0.2,Ti=4min,Td=4min仿真例子#2对于PID控制器,对象纯滞后时间

对控制系统性能的影响纯滞后不显著对象：纯滞后显著对象：对象纯滞后时间

对控制系统性能的影响纯滞后不显著对象：纯滞后Smith补偿的基本思路（1957）Smith补偿的基本思路（1957）基本Smith预估器基本Smith预估器基本Smith预估器#2闭环传递函数？基本Smith预估器#2闭环传递函数？闭环系统传递函数

闭环系统传递函数

Smith预估器的仿真结果

（对象特性与模型一致时）基本PID控制器：Kc=0.2,Ti=4min,Td=1minPID+Smith:Kc=2,Ti=4min,Td=1min为什么响应快？Smith预估器的仿真结果

（对象特性与模型一致时）基本Smith预估器的仿真结果

（对象特性与模型不一致时）基本PID控制器：Kc=0.2,Ti=4min,Td=1minPID+Smith:Kc=2,Ti=4min,Td=1min为什么振荡剧烈？Smith预估器的仿真结果

（对象特性与模型不一致时）基本改进的Smith预估器预测误差滤波器：改进的Smith预估器预测误差滤波器：改进Smith预估器的仿真结果

（对象特性与模型不一致时）PID+Smith:Kc=2,Ti=4min,Td=1min改进Smith预估器的仿真结果

（对象特性与模型不一致时）Smith预估->内模控制闭环传递函数？Smith预估->内模控制闭环传递函数？闭环系统传递函数

闭环系统传递函数

内模控制内模控制改进内模控制器预测误差滤波器：改进内模控制器预测误差滤波器：Smith预估->模型预测控制（MPC）滚动优化器预测输出预测误差被控对象对象模型对象模型(k)Y0(k)Y0(k+p)目标函数约束条件模型预测控制预测模型反馈矫正滚动优化Smith预估->模型预测控制（MPC）滚动优化器预测输出预Why

MPC？MIMOConstraintsModelplantmismatchRobustnessComputationalcomplexity参考文献：Mayne,DQ;Rawlings,JB;Rao,CV;Scokaert,POM;Constrainedmodelpredictivecontrol:Stabilityandoptimality;AUTOMATICA,36(6):789-814,2000WhyMPC？MIMO参考文献：Mayne,DQ;RaMPC发展历史1950s~1970s–计算机优化控制算法1980s–成功工业应用启发式模型预测控制(MPHC/脉冲响应模型)动态矩阵控制(DMC/阶跃响应模型)广义预测控制(GPC/传递函数模型)1990s–奠定理论基础状态空间模型稳定性、有限时域鲁棒性、非线性2000s至今–多样化混杂与不确定系统EconomicMPCMPC发展历史1950s~1970s–计算机优化控制算法小结了解Smith预估器的设计思想，以减少纯滞后的影响指出Smith预估器的优缺点，当对象特性变化较大时，如何改进Smith预估器