【導讀】被控對象電加熱管搭建計算機控制系統(tǒng)，并對其溫度進行實時控制。利用實驗室現(xiàn)有設備，確定控制方案，搭建計算機控制系統(tǒng)。獲取符合要求的溫度控制曲線。[2]儲岳中,陶永華.基于MATLAB的自適應模糊PID控制系統(tǒng)計算機仿真[J].安徽工業(yè)大學學報.2020.[4]張濤,李家啟.基于參數(shù)自整定模糊PID控制器的設計與仿真[J].交通與計算機.根據(jù)課題性質對學生提出具體要求。制系統(tǒng)，并完成相關控制界面的設計。PID是按偏差的比例、積分和微分進行控制的一種控制規(guī)律。滯后環(huán)節(jié)的存在使得整個系統(tǒng)的控制品質變壞甚至引起閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定?；赟mith預估器的溫控系統(tǒng)能有效克服大純滯后。Smith預估器能夠估計出系統(tǒng)的動態(tài)特性，并對其。面的基礎知識，從而將Smith預估器和PID控制器相結合。

　　

【正文】 )( ) 1 ( ) ( )co sG s G sYsR s G s G s e ??? ? (42) 系統(tǒng)對干擾的傳遞函數(shù)為 ()()( ) 1 ( ) ( )D scoGsYsD s G s G s e ??? ? (43) 特征方程為 1 ( ) ( ) scoG s G s e ??? （ 44） 數(shù)字 PID仿真框圖為 圖 42 數(shù)字 PID仿真框圖 R(s) + ()cGs ()soG se?? Y(s) + ()DGs D(s) + 北京理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 20 圖 43 數(shù)字 PID控制 響應曲線 在反饋回路中并聯(lián)一個補償環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為 ()cGs? ,如圖 43所示。 圖 44 具有時間補償?shù)姆答?控制系統(tǒng) 由上圖可知，反饋信號 ()Ys? 與系統(tǒng)控制信號之間 U（ s）的傳遞函數(shù)為 () ( ) ( )() socYs G s e G sYs ?? ???? （ 45） 為了使控制器的輸出信號與反饋信號之間無時延，即要求 () ( ) ( ) ( )() so c oYs G s e G s G sYs ?? ??? ? ? （ 46） 由上式可求得 Smith預估補償控制器的傳遞函數(shù)為 ( ) ( )(1 )scoG s G s e ????? （ 47） R(s) + ()cGs ()soG se?? Y(s) + ()DGs D(s) + ()cGs? ()Ys? Y(s) 北京理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 21 Smith 預估補償控制系統(tǒng) 在實際應用中， Smith預估補償控制器并不接在被控對象上，而是反向并接在控制器上。 圖 45 Smith預估補償控制系統(tǒng) 由 圖 44得 Smith預估補償控制系統(tǒng)設定值、擾動信號作 用下的閉環(huán)傳遞函數(shù)分別為 ( ) ( )1 ( ) ( ) ( 1 ) ( ) ( )()( ) ( )( ) 1 ( ) ( )11 ( ) ( ) ( 1 )scossc o c osco coscoG s G s eG s G s e G s G s eYsG s G s eR s G s G sG s G s e?????????????????? （ 48） ( ) ( ) [ 1 ( ) ( ) ( 1 ) ]() ()( ) 1 ( ) ( )1 ( ) 1 ( ) ( ) ( 1 )s s so o c os c cooscoG s e G s G s G s e eYs GsN s G s G sG s e G s G s e? ? ???? ? ????????? ?? (49) 無論在設定值還是擾動信號作用下，閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程式均為 ( ) 1 ( ) ( ) 0coD s G s G s? ? ? （ 410） 從式（ 49）可見，系統(tǒng)的特征方程已不包含純滯后環(huán)節(jié)，及系統(tǒng)已經(jīng)消除了 純滯后對系統(tǒng)控制品質的影響。而閉環(huán)傳遞函數(shù)分子上的純滯后 se?? 僅僅將系統(tǒng)的被控量在時間上推遲了時間 ? 。 R(s) + ()cGs ()soG se?? Y(s) ()soG se?? Y(s) 北京理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 22 圖 46 Smith仿真框圖 圖 47 Smith控制響應曲線 北京理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 23 第五章 總結與展望 總結 通過具體介紹 PID控制算法、 Smith控制算法以及 Smith預估控制，得到在大時滯存在的條件下選用基于 Smith預估的數(shù)字 PID控制器，能克服系統(tǒng)模型不確定性和外部干擾的影響。本次實驗 被控對象為電加熱管，通過 參閱有關文獻， 建立數(shù)學模型，在 MATLAB環(huán)境下，對控 制電加熱管溫度的 Smith控制算法進行仿真研究，最終獲得對應的階躍響應曲線。 主要完成的內容包括： 了 時滯系統(tǒng) 的基本概念， 掌握了 Smith 預估控制器的設計原理 。 ，理解了 Smith 預估控制的基本原理以及 PID 控制算 法方面的基礎知識，從而能將 Smith 預估器和 PID 控制器相結合。 ，由于軟件設計在 MATAB 軟件平臺完成， 通過查閱書籍以及安裝 MATLAB 軟件，學會了使用 Simulink 仿真。 展望 從理論上分析， Smith預估補償器可以完 全消除時滯的影響，成為一種解決 時滯系統(tǒng)的理想方案，但是在實際使 用中卻很不盡人意。因此整個實驗還是有待改進的地方。例如繼續(xù)研究改善 Smith預估補償器的各種方法，如增益自適應補償控制器、完全抗干擾的 Smith預估器等。 北京理工大學 2020 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 24 參考文獻 [1]金以慧，方崇智 .過程控制 [M].北京：清華大學出版社， 1999,1241238. [2]劉士榮 .計算機控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社 ,2020. [3]張連成 .Smith 預估控制的工程實現(xiàn) [J].自動化博覽， 2020（ 4）： 7680. [4]曹順安，謝學軍，劉光臨 .基于 Smith 預估器的 PID 自適應控制及其應用 [J].化工 .自動化及儀表， 2020（ 1）： 2832. [5]洪鎮(zhèn)南，王旭東 .Smith 預估補償器及其應用 [J].控制工程， 2020（ 5）： 6971. [6]王志萍 .帶有 Smith 預估器的模糊控制系統(tǒng)仿真研究 [J].上海電力學院學報 . 2020(02). [7]儲岳中 ,陶永華 . 基于 MATLAB 的自適應模糊 PID控制系統(tǒng)計算機仿真 [J]. 安徽工業(yè)大學學報 (自然科學版 ). 2020(01) . [8]尹明 ,董振銀 ,宋利君 .模糊 PID 在電爐溫度控制中的應用 [J]. 齊齊哈爾大學學報 . 2020(02) . [9] 張濤 ,李家啟 .基于參數(shù)自整定模糊 PID 控制器的設計與仿真 [J].交通與計算機 . 2020(S1). [10]周荔丹 ,童調生 .模糊 PID 在電阻加熱爐溫控系統(tǒng)中的應用 [J].自動化與儀器儀表 . 2020(05i) . [11]Smith O J controller to overe dead time [J].ISA Transaction,1959,6(2):2833. [12]Lee C H, Lee Yi. A Novel Robust PID Controllers Design by Fuzzy Neural Network[J]. Proceeding of the American Control Conference Anchorage,AK, 2020: 358364. [13]Yu Y Q, Huang Ying. The Dynamic Fuzzy Method to Tune the Weight Factors of Neural Fuzzy PID Controller[J]. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 2020, 6(4): 449463. [14]Jiao X, Shen T. A Design Approach to Adaptive Stabilizing Controller for a Class of Nonlinear Systems with Uncertain TimeDelay[J].IEEE Transactions on Control System Technology, 2020, 6(4):26627 [15]Lu C H, Ching Tsai. Adaptive Neural Predictive Control for Nonlinear Systems with TimeDelay[J]. Proceedings of International Conference on Control Applications, LA,2020:257262. 1 外文資料 The time delay exists in the actual industrial control systems widely, due to its character,there will be time lag when the signal or energy is transferring. The regulation of the controller will reflect to system output through a period of time, so it will be very difficult for determining the parameters of the controller, if the parameter is seleced inappropriate, it will lead to the control performance deterioration and even instability. If the system is a large time delay, nonlinear,timevarying, the problem will bee more prominent. Temperature control belongs to the system which is more difficult to be controlled. This paper mainly discussed the problem of temperature control , The methods of time delay system that will be introduced and analysed, but the intelligent control methods are not mature on the application of timedelay systems, and it is developing at now stage, If the intelligent control methods can be developed pletely and applied in time delay system, it will be very significant. In this paper, The fuzzy PID controller is used in time delay systems, it bines fuzzy control and PID control with their respective advantages, so it improves the robustness and adaptability of the system. The fuzzy PID controller as the important point is studied, and discussed its design problem . In addition the Smith predictor is applied in the delay systems, and Smith predictor control has been improved, it is applied mainly when the charged object does not match estimate the model, Based on the situation, an improved method is proposed, the nine points control method is used to adjusted the inertia time constant which exists in the feedback channel. In order to certify the method which is efficient,the MATLAB as a tool is used for simulation. The method is certified effectively,and it can improve the performance of system the