基于二自由度Smith的时滞过程控制系统的研究.pdfVIP

精密制造与 自动化 2016年第 1期 基于二 自由度 Smith的时滞过程控制系统的研究 史增芳 姜岩蕾 (河南工业职业技术学院 河南南阳 473000) 摘 要 针对串级时滞过程，提出一种二 自由度 Smith预估控制方法。主回路采用二 自由度 Smith预估控制，克 服过程时滞的影响，同时使系统的设定值跟踪特性和干扰抑制特性解耦，通过控制器的设计，使系统同时获得良 好的设定值跟踪特性、干扰抑制特性和鲁棒性。 关键词 串级控制 内模控制 (IMC) 二 自由度Smith预估控制 最大灵敏度 时滞过程 串级控制系统大多应用到过程控制中，特别在 取 (s)= (s)= ， 控制中有时滞长、惯性大、干扰严重，振幅大的过 程控制应 串级控制。它可 以缩短过程控制中时滞长、 Gp2()= 2(s)= ， 、 、n、 、 惯性大的过程响应时间，外界扰动可 以快速消弱且 控制结构比较简单。因此，串级控制在工业过程控 2分别为主、副过程的稳态增益、时间常数和滞后 制中具有广阔的应用前景。 时间。 副回路的设定值跟随特性和干扰抑制特性如下： 1 二 自由度 slllith预估控制 Gyr2(s)=丽y2(s)= (1) 二 自由度 Smith预估控制结构如图1所示，其 中，副回路采用 内模控制结构，r2、d2和Y2分别为 Gyd2(s)=yz(s)= [1-C2(S)Gp2m(S)]GL2($) (2) 副回路设定值、干扰信号、输出信号；C2为副控制 器；Gp2为副过程，Gp2为副过程模型；GL2为副回 当模型精确时，即 2(s)= 2m(s)，则有 路干扰通道模型。主回路采用二 自由度 Smith预估 Gy2(s)= =C2(S)G2(s) (3) 控制结构， 、d1、Y】分别为主回路设定值输入、 干扰信号、输出信号；C为主回路设定值跟随控制 Gyd2(S)= =1【一C2(S)Gp2m(s) 2(s)(4 器；Q为主回路干扰抑制控制器 ；G】为主过程； 为 主回路等效过程 ， 为主回路等效模型，Gm0是 当模型精确即 (s)=G (s)时，有 中不含时滞部分；GL为主回路干扰通道模型。 GyrI(s)= = (5) Gydl(S)= =[1一Cm(s)Q(s)】 1(s) (6 由式 (5)、 (6)可 以看 出系统的干扰抑制特性 一囱嘲 Gyd1(s)只与主回路干扰抑制控制器Q(s)有关，而与 主回路设定值跟随控制器q()无关；设定值跟随特 L 二二 二 性Gy，(s)只与主回路设定值跟随控制器 )有关， 而与主回路干扰抑制控制器Q(s)无关。 图1 二 自由度 Smith预估串级控制结构图