【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的PID和Smith預(yù)估器難以達到滿意的控制效果。本文介紹了一種將模糊控制原理應(yīng)。用于Smith預(yù)估控制系統(tǒng)中的方法。Smith預(yù)估模糊控制能夠?qū)σ恍┓蔷€性的、無對象模?，F(xiàn)簡單，可靠性好。本文通過此控制方案設(shè)計了一個溫度控制器，實現(xiàn)對溫度系統(tǒng)的控制。通過仿真實驗分析，證明了此控制方案的正確性、可行性和有效性。然而，隨著工業(yè)過程對控制性能要求的不斷提高，制被認為是較難的控制問題，成為過程控制研究的熱點。素顯著，非線形嚴重，很難建立精確的模型。大慣性環(huán)節(jié)的控制問題，國外比較流行的控制方法是Dahlin算法和Smith預(yù)估控制。行補償?shù)倪^程控制技術(shù)。它的基本思想是按過程特性設(shè)計出一種模型加人到反饋控制系統(tǒng)。到控制器，使控制器提前動作，從而明顯地減少超調(diào)量，加速調(diào)節(jié)過程。

　　

【正文】 2 (1) : 1 2 3, 4 (1) : 1 4 1, 2 (1) : 1 4 3, 4 (1) : 1 PID 控制器 按偏差的比例、積分和微分進行控制的調(diào)節(jié)器稱為 PID 調(diào)節(jié)器，是連續(xù)系統(tǒng)中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。 5． 2． 1 PID 控制器仿真圖 2t o uT r a n s p o r tD e l a y38 s + 2 s + 12T r a n s f e r F 1S t e pS co p e0 . 0 3Kp1sI n t e g r a t o rd u / d tD e r i va t i ve0 . 21 / T i 圖 58 PID控制器仿真框圖 5． 2． 2 PID 控制器參數(shù)設(shè)置對系統(tǒng)性能的影響 參數(shù)設(shè)置對系統(tǒng)性能的影響： 增大比例系數(shù) K，一般將加快系統(tǒng)的響應(yīng)，在 有靜差的情況下有利于減小靜差。但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，并產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。 增大積分時間 Ti，有利于減小超調(diào)，減小振蕩，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但系統(tǒng)靜差的消除將隨之減慢。 增大微分時間 Td，亦有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，使系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 23 頁 共 33 頁 圖 59 PID控制器參數(shù)設(shè)置 5． 3 模糊控制器仿真圖 T r a n s p o r tD e l a y8 s + 2 s + 123T r a n s f e r F S t e pS co p eS a t u r a t i o n 1S a t u r a t i o n0 . 5 8G a i n 25G a i n 1100G a i nF u zz y L o g i c C o n t r o l l e rd u / d tD e r i va t i ve 圖 510 模糊控制器仿真圖 5． 4 基于 Smith預(yù)估的模糊控制器仿真圖 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 24 頁 共 33 頁 T r a n s p o r tD e l a y1T r a n s p o r tD e l a y8 s + 2 s + 123T r a n s f e r F 18 s + 2 s + 123T r a n s f e r F S t e pS co p eS a t u r a t i o n 1S a t u r a t i o n40G a i n 28G a i n 180G a i nF u zz y L o g i c C o n t r o l l e rd u / d tD e r i va t i ve 圖 511 Smith預(yù)估模糊控制器系統(tǒng)仿真框圖 5． 5 仿真結(jié)果比較分析 5． 5． 1 被控對象為 sess 502 *128 3 ???時，各系統(tǒng)仿真結(jié)果比較分析 （ 1）仿真結(jié)果圖 圖 512 PID控制器仿真結(jié)果圖（延時 50S） PID 控制器性能指標： 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 33 頁 超調(diào)： 35% ；穩(wěn)態(tài)時間： 320S ；誤差： % 圖 513 模糊控制器仿真結(jié)果（延時 50S） 模糊控制器性能指標 ： 誤差： 20% ；穩(wěn)態(tài)時間： 190S 圖 514 Smith 預(yù)估模糊控制器仿真結(jié)果（延時 50S） 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 26 頁 共 33 頁 Smith預(yù)估模糊控制器 性能指標： 超調(diào)： %。 穩(wěn)定時間： 60S； 誤差： %； （ 2）結(jié)論 在相同延時狀況下， Smith預(yù)估模糊控制器與 PID控制相比，具有超調(diào)小，穩(wěn)態(tài)時間短的優(yōu)點；和模糊控制相比，具有超調(diào)小，穩(wěn)態(tài)時間短，誤差小等優(yōu)點。 5． 5． 2 將延時加大為 120S，其他參數(shù)均不變時各系統(tǒng)仿真結(jié)果比較分析 （ 1）仿真結(jié)果圖 圖 515 PID控制器仿真結(jié)果圖（延時 120S） PID 控制器性能指標： 系統(tǒng)不穩(wěn)定 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 27 頁 共 33 頁 圖 516 模糊控制器仿真結(jié)果（延時 120S） 模糊控制器性能指標： 誤差： 20% ；穩(wěn)態(tài)時間： 290S 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 28 頁 共 33 頁 圖 517 Smith預(yù)估模糊控制器仿真結(jié)果（延時 120S） Smith預(yù)估模糊控制器 性能指標： 超調(diào)： %。 穩(wěn)定時間： 60S； 誤差： % （ 2）結(jié)論 載其 他參數(shù)都不變，只有延時增加時， PID控制系統(tǒng)極不穩(wěn)定，模糊控制器在控制過程中產(chǎn)生波動，而 Smith預(yù)估控制器的性能基本無變化。 5． 5． 3 將被控對象改為 sess 502 *14 3 ???時，各系統(tǒng)仿真結(jié)果分析 （ 1）仿真結(jié)果 圖 517 PID控制器仿真結(jié)果（延時 50S） PID 控制器性能指標： 超調(diào)： 33% ；穩(wěn)態(tài)時間： 315S ；誤差： % 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 共 33 頁 圖 516 模糊控制器仿真結(jié)果（延時 50S） 模糊控制器性能指標： 系統(tǒng)不穩(wěn) 定 圖 517 Smith預(yù)估模糊控制器仿真結(jié)果（延時 50S） Smith預(yù)估模糊控制器 性能指標： 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 30 頁 共 33 頁 超調(diào)： %。 穩(wěn)定時間： 60S； 誤差： % （ 2） 結(jié)論 當(dāng)控制系統(tǒng)被控對象參數(shù)的時間常數(shù)改變，其他參數(shù)保持不變時， PID控制器的控制效果改變較小，模糊控制器失真嚴重， Smith預(yù)估模糊控制器的控制性能略有變化。 5． 3． 2 總結(jié) 由上面 3 組仿真結(jié)果比較得出，對于有大滯后且模型不精確的系統(tǒng)，采用Smith 預(yù)估模糊控制時，加大延時時間或改變被控對象的時間常數(shù)，對系統(tǒng)性能基本無影響，具有良好的控制 品質(zhì)和動態(tài)適應(yīng)性，而且實現(xiàn)簡單，可靠性好。與PID 控制相比， Smith 預(yù)估模糊控制對對大延時有較好的抑制作用；與模糊控制相比， Smith 預(yù)估模糊控制對不精確模型的控制效果更佳。同時， Smith 預(yù)估模糊控制器也存在不足，如控制精度不高。 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 31 頁 共 33 頁 結(jié) 論 在導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下，我的這篇基于 Smith 預(yù)估模糊控制的溫度控制系統(tǒng)終于順利完成?？梢栽诠I(yè)生產(chǎn)過程中使用，在使用過程中可能會出現(xiàn)在應(yīng)用上的某些問題，但是在生產(chǎn)實踐時可以根據(jù)實際情況去排除問題、解決問題。此系統(tǒng)能 很好的控制具有大時滯，且模 型不確定的溫控系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)控制器的一些缺點，不僅 具有良好的控制品質(zhì)和動態(tài)適應(yīng)性，而且實現(xiàn)簡單，可靠性好，還 具有良好的實用性，因此能在各生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛的推廣。 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 32 頁 共 33 頁 致 謝 首先我要感謝我的導(dǎo)師李惠君老師，是她在我的設(shè)計上給了我很大的幫助。不厭其煩地對我進行指導(dǎo)。在我遇到設(shè)計上的各種難題時，她能從他繁忙的工作中抽出寶貴的時間，幫我解決各種難題。 其次我要感謝電子工程系的各位老師，是他們在這四年里教會我專業(yè)基礎(chǔ)知識，幫我打下扎實的基礎(chǔ)，我才可以更好地完成設(shè)計 。 淮海工學(xué)院二 OO 六屆畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 33 頁 共 33 頁 參 考 文 獻 [1] 湯兵勇，路林吉， 王 文杰 .模糊控制理論與應(yīng)用技術(shù) .清華大學(xué)出版社 ， 2021. [2] 王樹清 .工業(yè)過程控制過程 .北京： 化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021. [3] 何衍慶 ， 俞金壽，蔣慰孫 .工業(yè)生產(chǎn)過程控制 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2021. [4] 孫增圻，張再新，鄧志東 .智能控制理論與技術(shù) .北京： 清華大學(xué)出版社 ， 2021. [5] 李國勇 .智能控制及其 Matlab 實現(xiàn) .北京：電子工業(yè)出版社 ,1978. [6] 王劃一 .自動控制原理 .北京：國防工業(yè)出版社， 2021. [7] 謝劍英，賈青 .微型計算機控制技術(shù) .北京：國防工業(yè)出版社， 2021.