11纯滞后过程控制

纯滞后过程控制主要内容问题引出Smith补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真Kpgp(s)e-τs+_+Gc(s)+D(s)R(s)Y(s)常规PID控制系统pGcase1：;1100.1)(4spessGcase2：;1100.1)(10spessGcase3：;150.1)(4spessG比例积分控制器会发生什么情况？常规PID控制仿真case1：41.0()101spGsescase2：101.0()101spGsescase3：41.0()51spGses怎么办？当过程的纯滞后时间与主导时间常数之比超过0.5时，常规控制器的控制效果比较差。主要内容问题引出Smith纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真Smith预估控制器()cGs()ppkgspse()Ds'()Ys()Ys()Rs＋＋＋－()cGs()ppkgspse()Ds'()Ys()Ys()Rs＋＋＋－()()'()()1()()ppcppckgsGsYsRskgsGs()'()()1()()ppppckgsYsDskgsGsSmith预估补偿原理关键是内部模型！()cGs()ppkgspse()Ds'()Ys()Ys()Rs＋＋＋－()cGs()psppkgse()sGs()Rs()Us()Ds()Ys+++++-Smith预估补偿原理()cGs()psppkgse()sGs()Rs()Us()Ds()Ys'()Ys+++++-()()()()()'()()1()()1()()()ppsppscppcsppcppsckgseGsGskgsGsYsRskgsGskgseGsGs()()()psppppskgskgseGs()()1pssppGskgseSmith预估补偿器()()1pssppGskgse()cGs()psppkgse()1psppkgse()Rs()Us()Ds()Ys'()Ys+++++-是否也能改善对噪声的抑止？Smith预估控制器()cGs()psppkgse()ppkgs()Rs()Us()Ds()Ys'()Ys++-++-pse++PID控制器Smith预估控制器仿真10se10se仿真——模型一致的情况Kc=1.1Ti=20Kc=10Ti=1单回路PIDSmith预估Smith预估控制器仿真10se8se仿真——模型不一致的情况模型无偏差模型有偏差主要内容问题引出Smith纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真基本内模控制结构内模控制器不是PID控制器()cGs如何构成的？()cGs()cGs()pGs()mGs()dGs()Ys()Ds()Us()Rs()eDs内模控制器()cGs()pGs()mGs()dGs()Ys()Ds()Us()Rs()eDs1()()()()()1()()()()cmdcpcmGsGsGsYsDsGsGsGsGs()0Ys情况I：[R(s)=0,D(s)=幅值为1的阶跃干扰]1()()cmGsGs内模控制器()cGs()pGs()mGs()dGs()Ys()Ds()Us()Rs()eDs()()()()1()()()()pccpcmGsGsYsRsGsGsGsGs()()YsRs情况II：[D(s)=0,R(s)≠0]1()()cmGsGs内模控制的闭环传递函数()()()1()()()()()1()()()1()()()pcdcmcpmcpmGsGsGsGsGsYsRsDsGsGsGsGsGsGs由基本的内模控制结构图，可得：()cGs()pGs()mGs()dGs()Ys()Ds()Us()Rs()eDs1()()cmGsGs主要内容问题引出Smith纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真实际内模控制器1()()cmGsGs()1msmmmKeGsTs控制器是内模的逆！是否可以实现？1()msmcmTseGsK纯超前环节分子阶次比分母高结论：理想控制器不可实现！实际内模控制器1()()cmGsGs1231()11mmmmmKTsGsTsTs控制器是内模的逆！是否可以实现？23111()1mmcmmTsTsGsKTs如果为负，不稳定控制器分子阶次比分母高结论：理想控制器不可实现！用计算机很容易实现！实际内模控制器1cmKK根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。首先将内部模型分为静态部分和动态部分：控制器动态近似为模型动态的逆！1()cmggs如何实现近似？实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即实际内模控制器()()()mmmgsgsgs将模型的动态部分进行因式分解：不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零点可逆部分，剩余的环节111()()()cmmmGsKgsGs实际内模控制器111()()()cmmmGsKgsGs1231()11mmmmmKTsGsTsTs23111()1mmcmmTsTsGsKTs分子阶次比分母高怎么办？加入一个静态增益为1的低通滤波器f实际内模控制器()cGs()fGs()pGs()mGs()dGs()Ys()Ds()Us()Rs()eDs1()1frfGsTs设为希望的闭环函数的时间常数使分母的阶次不小于分子的阶次主要内容问题引出Smith纯滞后补偿器内模控制的结构实际内模控制器内模控制仿真内模控制仿真18se内模控制仿真1—设定值响应Tf＝1Tf＝4Tf＝10Tf＝20内模控制仿真1——干扰响应Tf=1Tf=4Tf=10Tf=20内模控制仿真28se10se内模控制仿真2Tf＝1Tf＝4Tf＝10Tf＝20完全的内模控制结构Gc(s)控制器Gp(s)受控过程Gm(s)内部模型D(s)Y(s)Ym(s)U(s)R(s)De(s)++_+_+Gf(s)滤波器Gr(s)参考轨迹模型