時滯系統的Smith預估補償控制器研究

辛海燕,李成祥（.東南大學成賢學院電子工程系,南京 0088； .北方信息控制集團有限公司,南京 53）

?

時滯系統的Smith預估補償控制器研究

辛海燕1,李成祥2
（1.東南大學成賢學院電子工程系,南京 210088； 2.北方信息控制集團有限公司,南京 211153）

摘 要：近年來，對Smith預估補償控制器的研究成為一種趨勢，其可以有效的對時滯系統進行延遲補償，但其要求系統具有準確的控制模型，控制精度不高。目前國內外很多研究者將Smith預估補償控制器結構進行優化、結合PID進行參數整定以及將Smith預估補償器與模糊控制、神經網絡等先進的控制方法相融合，本文將從以上三個方面闡述目前對Smith預估補償控制器的研究現狀。

關鍵詞：時滯；Smith；預估補償

0 引言

1 Smith預估補償器原理

經補償控制后，系統的閉環傳遞函數為式（1）：

2 Smith預估補償控制器研究現狀

當前，國內外研究者對Smith預估補償控制器的研究主要可以分為三大類：

第一大類是對Smith預估補償控制器結構進行優化，在控制系統中增加并聯或串聯環節，以提高控制系統的魯棒性，增強系統的抗干擾能力。國外的學者Uma S，Chidambaram M，Rao Seshagiri A等將傳統的PID控制與Smith預估補償控制相融合，研究了一種新的Smith預估補償控制器結構，系統具有較好的魯棒性，有效地克服了系統模型的不確定性和外部擾動的影響。我國的學者高明，包新華等曾提出了補償時滯給定，解決了大純滯后系統經改進的Smith預估器補償后，在階躍信號作用下，系統具有良好的跟隨性，而在任意輸入函數作用下，系統響應總是滯后于輸入的問題。研究者們對Smith預估補償控制器結構進行優化改進的主要目的在于改善Smith預估補償控制的魯棒性和抗擾動能力。對Smith預估補償控制器進行結構優化改進，可以改善系統的控制性能，對Smith結構進行優化改進，目前仍然是一個主要的研究趨勢。

第二大類是對Smith預估補償控制器結合PID參數整定方法研究，用控制系統的魯棒性能指標或其它性能指標對控制器參數進行整定。國外學者Majhi S，Atherton D P等提出了smith控制器參數整定、設計的解析方法，以及參數的自整定設計方法。我國的學者王華強，張毅等提出了一種改進的自適應Smith預估控制器。目前Smith預估補償控制器參數自整定的方法主要是以魯棒性、最小二次型最優等控制系統的性能指標為基礎，研究者們主要用到自整定、自適應等算法。在系統中加入以上算法，改善了系統的性能。Smith補償控制器性能的評價一直是過程控制中需要解決的難點問題之一，結合Smith預估補償控制器的特點，不僅研究經濟效益高，而且研究工藝合理的性能指標，依然是今后Smith預估補償控制器參數自整定的一個研究方向。

第三大類是將Smith預估補償控制器與模糊控制、神經網絡等現有先進控制方法相融合，提高控制系統的整體性能指標。國外學者Uma S，Chidambaram M，Rao Seshagiri A，Yoo C K等將Smith預估補償器與串級控制深度融合，可以有效克服系統所受的外部擾動，提高了Smith預估補償控制的控制性能。我國的研究者們沈潔，吳龍庭等將神經網絡用于Smith預估控制器。利用先進控制具有較強魯棒性和抗干擾能力的特點，將Smith預估補償器與先進的控制算法深度融合，有效地克服系統不確定性、外部擾動以及時延給系統帶來的影響，從而得到較為理想的控制效果。然而將Smith預估補償控制與先進的模糊、神經網絡控制結合后，將會給系統的穩定性分析帶來不便，大部分研究需要依賴MATLAB系統仿真，才能驗證控制方法的有效性。先進的智能控制算法在當今的過程領域有著較為廣泛的應用，目前如何有效地將智能控制算法和Smith預估補償控制深度融合，仍然是一個較有潛力的研究方向。

3 結束語

綜上所述，Smith預估補償控制已經成為過程控制領域研究的一大控制方法，隨著網絡控制技術不斷被引入到過程控制系統中，因網絡傳輸時延，引起系統的性能變差，今后在網絡控制系統中，研究既具有魯棒性，又具有良好的抗干擾性的Smith預估補償控制器，將逐漸成為新的研究熱點。

參考文獻：

［1］徐廣治,張井崗.反向響應時滯過程的二自由度Smith預估控制［J］.應用科學學報,2015（07）．

［2］徐星星,張春,何慧云,陳林.基于改進Smith預估補償及自適應Fuzzy-PID控制的NCS研究［J］.陜西理工學院學報（自然科學版）,2015（10）．

［3］王瑞峰，段銳，許偉．網絡控制系統Smith Fuzzy PID控制器的設計［J］.計算機工程與應用,2015,51（10）．

［4］吳龍庭,曹順安,胡家元．時滯系統的LM Smith神經網絡控制器［J］.計算機應用研究,2014（04）．

［5］廖衛中,郝瑩,李庚．Smith預估算法在計算機控制系統中的應用［J］.實驗室科學,2014（02）．

［6］劉啟輝,文云,張云龍.基于一階時滯系統的Smith預估器控制研究［J］.自動化技術與應用,2014,33（09）．

［7］趙東亞,鄒濤,王治平.Smith預估控制研究進展［J］.化工進展,2010,29（08）.

［8］Uma S，Chidambaram M，Rao Seshagiri A，Yoo C k．Enhanced control of integrating cascade processes with time delays using modified Smith predictor［J］．Chemical Engineering Science，2010，65：1065—1075．

［9］ Uma S，Chidambaram M，Rao Seshagiri A．Set point weighted modified Smith predictor with PD filter controllers for non-minimum—phase（NMP） integrating processes［J］．Chemical Engineering Research and Design，2010，88（55-56）：592-601．

［10］ Sanehe Pena R S，Bolea Y，Puig V．MMIO Smith predictor：Global and structured robust performance analysis［J］．Journal of Process Comrol，2009,19（01）：163-177．

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.192

作者簡介：辛海燕（1982-），女，河南焦作人，研究方向： 檢測技術與自動化裝置。