实验三Smith预估

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1、标准文档实验报告

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3、实验名称Smith预估控制算法设计实验课程名称计算机控制技术与系统

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5、实用文案标准文档实验三Smith预估控制算法设计实验1、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。2、系统结构框图Smith预估控制系统框图为：3、实验过程及分析设广义被控对象为3.1要求一：取τ=2、T1=2.88，取采样时间T=1s，采用零阶保持器，使用Matlab函数求取出广义对象的z传递函数；实验过程：使用matlab求z传函的函数：clc;clearall;

6、closeall;T=1;T1=2.88;实用文案标准文档tao=2;G0=tf([1],[T11],'inputdelay',tao)sysd=c2d(G0,T,'zoh')上述函数将s传函转化为z传函。3.2要求二：通过对象阶跃响应曲线，整定PID参数，采用常规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；实验过程：借助matlab软件中的simulink搭建系统仿真模型。首先将外部扰动置零，利用阶跃响应曲线来整定PID参数。利用试凑法整定PID参数。PID控制器的数学描述如下。首先只给比例作用，调节系统使其稳定；其次加入积分作用消除系统静差；最后加入

7、微分作用。最后合理调整各个参数，使系统品质达到最优。经过整定，最终选取P=0.8，I=0.24，D=0，N=100，系统可以相对较好的稳定下来。输出的曲线如下实用文案标准文档在30T的时候在对象之前加入0.3的阶跃干扰，在50T的时候在对象之后加入幅值为0.3的阶跃扰动，得到的系统的输出曲线如下。对应的控制器的输出曲线如下由此看来该参数下的PID控制器的控制效果还是比较令人满意的。实用文案标准文档实用文案标准文档3.3要求三：被控对象不变，设控制器参数：Kp=0.5，Ki=0.2，Kd=0，采用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；

8、实验过程：Smith预估控制系统的simulink仿真图如下。其中在smith预估控制器内部、控制对象前、控制对象后加入幅值为0.2的阶跃扰动，扰动加入的时间分别为30、60、90。得到的系统输出曲线为。对应的控制量的输出曲线如下。实用文案标准文档观察以上两条曲线可以发现，smith控制系统下系统的输出具有比较好的稳定性。此外加入同等幅度的阶跃扰动，可以发现外扰对系统输出的影响要比内扰对系统输出的影响大一些。这说明smith控制系统抗内扰能力强，但抗外扰能力相对较弱。3.4要求四：Smith预估控制算法系统克服内、外部扰动能力检验以及鲁棒性分析（改变K、T、t）。（注意：预估器中的K、T、

9、t不能改变）实验过程：（1）验证克服内扰和外扰的能力在smith预估控制系统和普通PID控制系统中加入阶跃干扰，扰动加入的位置分别是控制器内部、控制对象前、控制对象后，幅值均为0.2，扰动加入的时间分别为30、60、90。将普通PID控制器下系统的输出曲线和smith控制器下系统的输出曲线作对比。其中实线表示smith控制器下系统的输出曲线，虚线表示普通控制器下系统的输出曲线。可以发现以下几条规律：smith控制下系统的输出明显比普通PID控制器下系统输出的超调量小很多，稳定性更好。smith控制器下系统输出的抗内扰能力比普通PID控制器要强，但抗外扰能力要弱。（2）检验smith控制系统

10、的鲁棒性控制对象是一阶惯性加纯迟延的对象，s传递函数为。那么为了检验系统的鲁棒性需要分别改变迟延时间、比例系数、以及积分系数。改变迟延时间实用文案标准文档将对象的迟延系数由改为，相应的z传函变为在同一坐标系下观察两个系统的输出曲线。其中虚线是，即对象传函发生改变时系统的输出曲线；实线是，即传函未发生改变时系统的输出曲线。改变比例系数将比例系数由K=1改为K=3，相应的Z传递函数变为和为在同一坐标系下观察两个系统的输出曲线其中虚线是K=3，即对象传函发生改变时系统的输出曲线；实线是K=1，即传函未发生改变时系统的输出曲线。改变积分系数将比例系数由T=2.88改为T=5，相应的Z传函变为，在同

11、一坐标系下观察两个系统的输出曲线。实用文案标准文档其中虚线是T=5，即对象传函发生改变时系统的输出曲线；实线是T=2.88，即传函未发生改变时系统的输出曲线。观察以上三组曲线可以明显发现当控制对象的延迟系数、比例系数、积分系数发生改变时，系统的输出的稳定性会明显下降，而且相应的抗外扰、内扰的能力也有不同程度的降低。实用文案标准文档5、思考和讨论（1）纯滞后对象采用常规PID能否取得满意效果？上图为纯滞后对象采用常规PID