纯滞后过程的控制课件.ppt

基于模型的控制方法,倪东浙江大学控制学院 2017/05/11,内 容,Smith预估控制纯滞后对控制性能的影响用于纯滞后补偿的Smith预估器改进的Smith纯滞后补偿器其他模型控制內模控制与模型预测控制,带纯滞后的广义对象,广义对象动态特性？,Kpgp(s)e-s,常规 PID 控制系统,问题：采用Ziegler-Nichols 或 Lambda 整定法确定 PID 参数，并比较其数值大小,过程模型：,仿真例子#1,对于 PID 控制器,Z-N 整定法：Kc=1.2,Ti=4 min,Td=1 min Lambda 整定法：Kc=0.83,Ti=4 min,Td=1 min,仿真例子#2,对于 PID 控制器,Z-N 整定法：Kc=0.3,Ti=16 min,Td=4 min Lambda 整定法：Kc=0.2,Ti=4 min,Td=4 min,对象纯滞后时间对控制系统性能的影响,纯滞后不显著对象：,纯滞后显著对象：,Smith补偿的基本思路（1957）,基本Smith预估器,基本Smith预估器#2,闭环传递函数？,闭环系统传递函数,Smith预估器 的仿真结果（对象特性与模型一致时）,基本 PID控制器：Kc=0.2,Ti=4 min,Td=1 minPID+Smith:Kc=2,Ti=4 min,Td=1 min,为什么响应快？,Smith预估器的仿真结果（对象特性与模型不一致时）,基本 PID控制器：Kc=0.2,Ti=4 min,Td=1 minPID+Smith:Kc=2,Ti=4 min,Td=1 min,为什么振荡剧烈？,改进的Smith预估器,预测误差滤波器：,改进Smith预估器 的仿真结果（对象特性与模型不一致时）,PID+Smith:Kc=2,Ti=4 min,Td=1 min,Smith预估-内模控制,闭环传递函数？,闭环系统传递函数,内模控制,改进内模控制器,预测误差滤波器：,Smith预估-模型预测控制（MPC）,预测输出,预测误差,目标函数 约束条件,模型预测控制预测模型反馈矫正滚动优化,Why MPC？,MIMOConstraintsModel plant mismatchRobustnessComputational complexity,参考文献：Mayne,DQ;Rawlings,JB;Rao,CV;Scokaert,POM;Constrained model predictive control:Stability and optimality;AUTOMATICA,36(6):789-814,2000,MPC发展历史,1950s1970s 计算机优化控制算法1980s 成功工业应用启发式模型预测控制(MPHC/脉冲响应模型)动态矩阵控制(DMC/阶跃响应模型)广义预测控制(GPC/传递函数模型)1990s 奠定理论基础状态空间模型稳定性、有限时域鲁棒性、非线性2000s至今 多样化混杂与不确定系统Economic MPC,小结,了解Smith预估器的设计思想，以减少纯滞后的影响指出Smith预估器的优缺点，当对象特性变化较大时，如何改进Smith预估器通过比较常规PID、PID+Smith预估器的控制性能，了解Smith预估器可能的应用场合。内模控制了解内模控制以及模型预测控制的设计思想,