计算机控制技术课程讲义.ppt

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1、8.4 史密斯补偿控制史密斯补偿控制z一、问题的提出一、问题的提出在很多的自控系统中，存在着时间延迟环节（机械、加热等），在很多的自控系统中，存在着时间延迟环节（机械、加热等），对于存在延迟的对象，其传递函数可描述为：对于存在延迟的对象，其传递函数可描述为：G(s)=Gp(s).e-s (控制到被控量的传递函数控制到被控量的传递函数)其中，其中，Gp(s)为不含延迟的传递函数为不含延迟的传递函数e-s为延迟环节，成为纯滞后。为延迟环节，成为纯滞后。例：例：则则G(s)的单位阶跃的单位阶跃响应曲线为：响应曲线为：CKp0Tp1计算机控制技术课程讲义z延迟对控制系统的影响为：延迟对控制系统的影响为

2、：z1、在、在时间时间内，内，输输出控制量的作用效果在系出控制量的作用效果在系统输统输出出上没有明上没有明显显的反的反应应，导导致控制器不断加致控制器不断加强强输输出控制出控制量达到一个量达到一个较较高水平。高水平。z2、在、在时间时间后，控制效果在系后，控制效果在系统输统输出上开始反出上开始反应应出出来，但由于前面来，但由于前面积积累了累了较较高的控制高的控制输输出，使系出，使系统输统输出极易出出极易出现现超超调调，严严重重时产时产生振生振荡荡。z二、二、Smith补偿补偿解决上述解决上述问题问题的一个方法是使用的一个方法是使用Smith补偿补偿控制。思想控制。思想为为：在在对对象象传递传递

3、函数函数G(s)上并上并联联一个一个补偿环节补偿环节GL(s),使得由使得由G(s)和和GL(s)所构成的广所构成的广义对义对象不再有象不再有纯纯滞后，并用广滞后，并用广义对义对象的象的输输出代替系出代替系统输统输出作出作为为反反馈馈信号。信号。2计算机控制技术课程讲义原控制系统为：原控制系统为：D(s)G(s)R(s)E(s)X(s)C(s)-Smith补偿后为补偿后为D(s)G(s)R(s)E(s)X(s)C1(s)GL(s)广义对象广义对象-C2(s)C(s)3计算机控制技术课程讲义 GL(s)称为称为Smith补偿函数。其输入为控制器输出量补偿函数。其输入为控制器输出量X(s).输出为

4、补偿信号输出为补偿信号C2(s).广义对象的输出为广义对象的输出为C1(s)=C(s)+C2(s)，控制器控制器D(s)的的输入由输入由R-C变为变为R-(C+C2)4计算机控制技术课程讲义三、三、Smith补偿的计算机实现补偿的计算机实现z在在Smith补偿控制系统中，补偿控制系统中，G(s)为实际对象，为实际对象，C(s)是计算机是计算机采样值。采样值。D(s)是控制器，由计算机实现，可采用是控制器，由计算机实现，可采用PID算法；算法；GL(s)是补偿环节，亦由计算机实现。是补偿环节，亦由计算机实现。zD(s)用用PID算法。算法。z现主要来看现主要来看GL(s)的计算机实现。（传递函数的实现方法）的计算机实现。（传递函数的实现方法）z这个问题也可以理解为：已知一个控制器的传递函数，如何这个问题也可以理解为：已知一个控制器的传递函数，如何用计算机实现这个控制器。用计算机实现这个控制器。5计算机控制技术课程讲义1/TPs+1Kp-Kpe-sX(s)C2(s)V(s)惯性比例+延迟6计算机控制技术课程讲义由典型环节传递函数可推出其原函数由典型环节传递函数可推出其原函数：（反拉式变换）：（反拉式变换）7计算机控制技术课程讲义脉冲传递函数的计算机实现脉冲传递函数的计算机实现z一般的，数字控制器脉冲传递函数的程序实现：一般的，数字控制器脉冲传递函数的程序实现：8计算机控制技术课程讲义