内模控制和Smith预估器.pdf

第五节 Smith 预估控制 Smith 预估控制方法是在 1957 年由Smith 提出来的，其特点是预先估计被控系统在基本扰动下 的动态特性，然后用预估器进行补偿，力图使被延迟的被控制量超前反映到控制器中，使控制器提 前动作，从而显著地减小系统的超调量，同时加速系统的调节过程。 一、Smith 预估控制原理 预估控制系统原理图如图7-24 所示。 (a) 预估控制系统原理框图 (b) Smith 预估器 图7-24 预估控制系统原理图 图中，G (s)e−τs 为具有时滞为τ 的对象传递函数，其中G (s) 为被控对象； p p G (s) 为内部模型（又称为对象的标称或名义模型），即 Smith 预估器的传递函数， m G (s) G (s)(1−e−τs )； m p D (s) 为（前馈）内模控制器； d (s) 为扰动； R (s) 为参考输入； Y (s) 为被控对象输出； ( ) Y s 为内部模型输出。 m 由图7-24 可知，将Smith 预估器与控制器（或被控对象）二者并联。在理论上可以使被控对象 的时间滞后得到完全补偿，控制器的设计就不必再考虑对象的时滞作用了。 现在，系统中假设没有补偿器（预估器），则控制器输出与被控量之间的传递函数便为 Y(s) −τs G (s)e (7-50) U(s) p 上式表明，受到U(s) 控制作用的被控量Y(s) 要经过纯滞后时间τ 之后才能反馈到系统控制器输入 ′ 端。若采用预估补偿器，则控制量U(s) 与反馈到控制器输入端的反馈信号Y (s) 之间的传递函数乃 是两个并联通道之和，即 ′ Y (s) −τs G (s)e +G (s) (7-51) U(s) p m ′ 为使反馈信号Y (s) 不发生时间滞后τ ，则要求(7-51)式满足 ′ Y (s) −τs G (s)(s)e +G (s) G (s) (7-52) U(s) p m p 于是，就导出了Smith 预估补偿器的传递函数为 G (s) G (s)(1−e−τs ) (7-53)