文档介绍：一﹑改进史密斯预估补偿控制
1﹑增益自适应补偿控制
这是1997年由贾尔斯(,Giles)和巴特利()提
出的, 其结构如下图所示:
模型
识别器
识别器中
, 使
比
提前
时间进乘法器, 由图可知,
当模型与真实对象的特性完全一致时, B=A, 除法器输出
等于1, 识别器输出也等于1, 此时即为史密斯预估补偿控制.
在实际中, 预估模型往往与真实对象动态特性的增益
存在偏差, 若真实对象的增益由
变为
则除法器的输出
设真实对象其它动态
动态参数不变, 则识别器中微分项不起作用, 识别器输出
也为
, 从而乘法器的输出为:
即反馈量也变化了
, 相当于预估模型的增益变化了
2. 大纯滞后过程的双控制器方案
上图中,
分别为设定值跟踪控制器和扰动控制器.
由图可得
对
和
的传递函数分别为:
由式(1)可见, 设定值响应不仅与
有关, 还与
和过程模型
,即
则
设定值响应由
决定, 与Smith预估补偿控制一样. 由
式(2)可见, 扰动响应仅由
决定, 与
和过程模型
无关, 由式(3)和式(2), 可得如下等效框图:
由上图可见, 两个控制器可独立设计, 以同时获得良好的设
定值跟踪性能和抗干扰能力, 而不像常规控制是两者的折中.
下面举例说明控制器设计与参数整定. 设被控过程为:
其过程模型为:
为简单计, 设
将式(4)﹑(5)﹑(6)代入式(2)﹑(3)可得如下结果: 无论模型准
确与否, 均有
及
,这说明若闭环稳
定, 则稳态时系统输出将无偏差地跟踪设定值. 由双控制器
方案结构图可得:
当
, 并考虑到式(4)﹑(5), 有
模型准确时
, 则
, 扰动控制器的输出可
视为对扰动的估计, 且任何模型误差在稳态时均可看为
其值为
的附加扰动, 并由与模型无关的
扰动控制回路补偿, 从而使整个系统对过程模型不敏感.
二﹑观测补偿器控制方案
1. 基本原理和结构
根据现代控制理论, 对一个确定性系统, 可采用观测
器方案, 通过观测值和输出值之间的误差进行闭环校正,
来间接获得系统的状态变量并用以状态反馈.
设控制系统为:
构成的原系统模型为:
状态观测器的方框图见下,
令
, 则有:
当
已知时,
求解上述方程得:
, 左式表明, 状态误差向量与输入量
无关, 当系统稳定条件满足时,
趋向于零, 即
而系统的稳定性可通过M的选择来满足. 当系统为时变或
非线性时, 或由于测量不准及原系统的模型不可能与实际
系统完全一致, 为使闭环校正后, 估计值
与状态变量
无差, 应在校正项中加入积分环节, 组成下屏所示系统.
由左图可得:
增广系统的动态方程为:
通过增益矩阵
的选择, 可使增广系统的闭环
极点任意配置, 使
2. 系统分析
用于纯滞后对象控制的观测补偿控制方案有三种类型:
方案一如下图所示:
闭环特征方程为:
不管对象的纯滞后多大, 若
, 就有:
从而闭环特征方程为:
, 系统的稳定性
与纯滞后无关, 若
, 则式(6)与完全补偿时
的史密斯预估补偿控制方案的控制效果相同, 但本方案对
于对象参数的变化不敏感, 且不需纯滞后环节, 实施方便,
适应性强. 由式(9)﹑式(10)及式(7)可得:
因此本方案对于干扰的影响没有控制作用, 主要用于随动
控制系统.
方案二如下图所示:
此方案要求干扰可测. 由上图可得: