試驗二網(wǎng)絡(luò)控制試驗報告

1、Smith預(yù)估器控制設(shè)計一、實驗?zāi)康耐ㄟ^mat lab仿真實驗，學(xué)習(xí)并掌握用于，具有純滯后系統(tǒng)的純滯后補償 控制(Smith預(yù)估器控制)的設(shè)計和實現(xiàn)。并且比較無Smith預(yù)估器控制系 統(tǒng)與帶Smith預(yù)估器控制系統(tǒng)的區(qū)別，總結(jié)Smith預(yù)估器的作用效果。二、實驗內(nèi)容被控對象為4(s) =之:，T=0.5s,畫出系統(tǒng)框圖，采用PID控制，設(shè)計 5s + 1Smith數(shù)字預(yù)估器。得到控制系統(tǒng)的性能曲線，并對仿真結(jié)果進行分析。三、控制系統(tǒng)仿真1.純滯后補償控制方案設(shè)計已知純滯后負(fù)反饋控制系統(tǒng)方框圖，如下：圖1純滯后負(fù)反饋控制系統(tǒng)方框圖其中D(s)為調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)，(s)=竺二為對象傳遞函數(shù)，其中與作

2、茂-, 5s + 1包含純滯后特性，G0(s) = Z_,純滯后時間常數(shù)：-12s。0 5s + 1系統(tǒng)特征方程為：儂石1 + O(s)G(s) = 1 + Z?(s)=0(1)5s + 1由于閉環(huán)特征方程中含有e項，產(chǎn)生純滯后現(xiàn)象，且K二0.5s,r/7 =6/0,5 = 120,5,所以具有大滯后環(huán)節(jié)，采用常規(guī)的PID控制會使系統(tǒng)穩(wěn) 定性變差，甚至產(chǎn)生振蕩。為了改善系統(tǒng)特性，引入Smith預(yù)估器，使得閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程中不含有 三項。帶Smith純滯后補償?shù)挠嬎銠C控制系統(tǒng)框圖如下所示:G(s)圖2帶Smith純滯后補償?shù)挠嬎銠C控制系統(tǒng)框圖R(s)1 _ eT上圖所示ZOH為零階保持器，傳遞

3、函數(shù)為：Gh(s) = L,并且有：t = 1T s(1為大于1的整數(shù),T為采樣周期)由已知可知T=0. 5s, r = 12s，則/ = E = 2=120T 0.5.調(diào)節(jié)器D(z)的確定D(z)為負(fù)反饋調(diào)節(jié)器，由于本系統(tǒng)存在大滯后環(huán)節(jié)，所以選用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。 使用擴充響應(yīng)曲線法對數(shù)字PID控制器進行參數(shù)整定。擴充響應(yīng)曲線法是在模擬 PID控制器響應(yīng)曲線法的基礎(chǔ)上推廣應(yīng)用到數(shù)字PID控制器參數(shù)整定的方法。擴 充響應(yīng)曲線法是用于具有純滯后的一階對象，由前面分析和已知：T=0.5s, T = 6, 1=12, 7= 0.5s,因此依據(jù)課本128頁表4. 2擴充響應(yīng)曲線法整定PID 參數(shù)表選擇數(shù)

4、字PID參數(shù)計算公式，由于1=竺=0.0417 a 0.05,則選擇控制度 r 12為1.05,控制規(guī)律選定PI參數(shù)為： 泡了5 %2.00 所以有：Kp 0. 0481 = 12. 00s則控制器的傳遞函數(shù)為：例s)=(1 + -) = 0. 05(1 + 111) = 0. 6s + 0 05(2)7： - s12s12s將得到的模擬控制器用一階后向差分法離散化得到:ZXz)=認(rèn) s)0. 052 - 0. 05zT(3). Smith補償器D7(z)的確定Smith純滯后補償?shù)挠嬎銠C控制系統(tǒng)的框圖如下所示:R(s)圖3帶Smith純滯后補償?shù)挠嬎銠C控制系統(tǒng)框圖其中:G =r IT G(s

5、) = G (s)e- s1 + ljsrG=5（四產(chǎn)=等哥(4)Dr(S) = Gp(S)(l-e-)(5)ZR:端需Q3)(6)= K8zT)Q-z”島三=KQ_ zT)Q_ zT)/j) 1-ez-1.T工令 a = e 手，b = KQ-e )則(7)Smith預(yù)估器（純滯后補償器）的框圖:圖4 Smith預(yù)估器的框圖ai=(1.z-i)且鮑=工CU(z) 1-az-1可得 TOC o 1-5 h z c(k) = (l-z-1)c1(k)(8)(l-az-1)c1(k) = bz-1u(k)故c(k) = c1(k)-c1(k-l)(g)c1(k) = bu(k-l)+ aq(k-l

6、)由上一步所得的數(shù)據(jù)：T=0. 5s, r = 6, 7； = 5, 2 = 12,= 18解得如下數(shù)據(jù)：， -a 二 9，b = (I - e ) a L 7(10)(ID(12)歷T(1 - Z-1) = 1. 7zT(l - Z-12) = L 7z-l _ L 7z-13az-1 1 - 0. 9z-1-1 - 0. 9j-1 -c(幻=q(A) - c/k - 12)q(Jc) = 1.- 1) + 0. 9cx(A - 1)由此可得到：c(A) = 1. 7u(k -1) + 0. 9cl(k - 1) - 12)由此可見,Smith補償器的差分方程有c* -項，即存在滯后12拍的

7、信號，因此產(chǎn)生純滯后信號對純滯后補償控制是至關(guān)重要的。純滯后信號可以用存儲單 元法近似產(chǎn)生。4.采用Mat 1 ab系統(tǒng)仿真本系統(tǒng)采用PI控制方法，用matlab下的Simulink工具箱搭建閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加以IV的階躍信號，PI控制器系數(shù)Kp -0.048, T； = 12s,取反饋系數(shù)為1, 采樣時間為0.5s,仿真時間為500s0帶Smith預(yù)估補償器的仿真系統(tǒng)得到輸出曲線如圖所示: 系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖為：圖5帶Smith預(yù)估補償器的系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)仿真波形圖為:10.90.80.70.60.50.40.30.20.100501 001 50200250300350400ime offset: 0圖6帶Sm