smith预估控制算法仿真设计实验.docx

华北电力大学实验报告 实验名称： Smith预估控制算法设计仿真实验 课程名称： 计算机控制技术与系统 学生姓名： 学 号： 专业班级： 一、实验名称 Smith预估控制算法设计仿真实验二、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算法控制算法进行比较，加深对该控制算法的掌握和理解。三、实验仪器MATLAB R2014a四、实验内容设广义被控对象为：控制系统框图为：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， 而转换为2个单位迟延。控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。五、实验要求：（1）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。六、实验过程使用MATLAB辅助设计软件simulink仿真，构造了如下仿真结构图上半部是加入了Smith预估控制算法的系统，下半部是没加入Smith预估控制算法的系统。广义对象z传递函数为， 而转换为2个单位迟延。程序为：sys=tf(1,[2.88,1],inputdelay,2)；sys1=c2d(sys,1,zoh)sys1 = 0.2934 z^(-2) * ---------- z - 0.7066Sample time: 1 seconds其中，上下半部系统控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0。在上下半部系统30s时加入内部扰动，60s时加入外部扰动，得出控制器输出曲线如下：其中蓝色曲线是加入了Smith预估控制算法的系统，绿色曲线是没有加入Smith预估控制算法的系统。系统输出曲线如下：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。（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？七、实验结果分析与思考讨论由实验得出的两张图可以看出，在30S加入内扰时，加入了Smith预估控制算法的系统其控制器曲线更加平缓，波动比不加入的系统更小，同时控制器仿真更快速，系统输出曲线波动更小，受到的扰动更小。而在60S加入外扰时，系统控制器曲线以及系统输出曲线波动幅度更小，控制过程更加平滑，更容易趋于稳定。 从上面分析可以得出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。 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。八、实验心得本次实验过程中，最为困难的过程便是构造结构图的过程。这个过程更需要仔细与耐心，一个环节链接出现差错会导致整个系统的仿真出现问题。通过本次实验，我了解了如何利用MATLAB的辅助软件Simulink仿真构造系统结构图以及得到系统输出以及控制器的曲线。也通过实验了解了加入Smith预估控制算法的系统具有更加优秀的调节系统的能力，受到扰动的影响也更小，调节过程更平缓，知道了Smith预估控制算法的优越性。加深了对该控制算法的掌握，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！