计控实验二：smith预估算法仿真

Smith预估控制算法设计仿真实验一．实验目的在控制算法学习的基础上，根据给定对象特性设计smith预估控制器算法，并利用Matlab软件进行仿真实验，同时与PID控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌握和理解。二．实验内容设广义被控对象为：1011()()()1TssseeHsGsGsesTs控制系统框图为：)(sGp+-y(s)R(s)p(s)+-e1e2y1(n))1)((0sesGH(s))(1sG0()sGsey(n)TT取T=1、τ=2、T1=2.88，经采样（T=1s）保持后，其广义对象z传递函数为00.2934()0.7066Gzz，而2se转换为2个单位迟延。控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。实验要求：(1)设计smith预估控制算法，作给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P和系统输出y响应曲线。(2)被控对象不变，采用理想PID进行给定值扰动和外部扰动响应实验，并绘制控制器输出P和系统输出y响应曲线。三．实验步骤(1)在simulink中搭建好控制系统如下图：设置PID参数Kp=0.5,Ki=0.2，Kd=0；上图中，上面的回路为Smith预估控制器与对象所构成的回路，下面的回路为PID控制算法与被控对象所构成的回路，通过scope可以看到两种控制算法对扰动产生的响应曲线，分别在两条回路中加入给定值扰动和外部扰动，观察两种算法对不同扰动的克服情况。(2)进行仿真，记录以下仿真曲线：Smith预估算法的控制器输出P和系统响应y，理想PID算法的控制器输出P和系统响应y(3)保持Smith与控制算法回路参数不变，改变理想PID控制算法参数，使其给定值扰动响应曲线接近用Smith控制算法控制所得到的曲线，记录最接近时的两条曲线并记录此时PID参数。四．实验结果分析Smith预估算法的控制器输出P和系统响应y理想PID算法的控制器输出P和系统响应y控制器参数均为：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0时，两种控制算法得到的曲线：保持Smith预估控制器参数不变，调整PID调节器参数使其接近响应曲线接近前者的图：此时对应的PID控制器的参数为：Kp=0.455，Ki=0.143，Kd=0五．思考和讨论(1)分析两类控制算法对带迟延对象的控制效果。Smith预估控制器在控制纯迟延对象时具有明显优势，对二次扰动的克服能力尤其强；而普通PID控制器在对纯迟延的对象进行控制时，由于对象含有纯迟延环节，使得扰动和调节阀的调节作用都要滞后一个迟延时间τ才能显现出来，故造成控制往往不及时，超调量较大，调节时间较长等控制品质的下降。(2)根据实验分析Smith预估控制算法的优点是什么，若采用PID算法解决同类问题效果如何？Smith预估控制器给对象的纯迟延部分做了补偿，使补偿后的系统纯迟延不能对控制品质产生影响，故控制更为及时，控制效果较好。(3)调整PID参数使给定值响应与smith效果接近，再比较其对外扰的响应曲线。调整后参数为:Kp=0.455，Ki=0.143，Kd=0。可以看出给定值响应相同时，smith预估算法与理想PID算法调节时间相同，均不存在稳态误差，但理想PID对外扰的响应超调量明显略大于Smith预估算法，Smith预估比理想PID更优。六．实验总结这次试验用Matlab软件进行仿真，加深了对Smith预估控制算法的掌握，通过与PID控制算法进行比较，让我对Smith预估控制算法的效果有了更为深刻的认识，通过实验熟悉巩固了自己上课所学到的理论，加深了知识的理解，最后，感谢老师的悉心指导！