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

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時滯系統(tǒng)的Smith預(yù)估補償控制器研究

辛海燕1,李成祥2
（1.東南大學(xué)成賢學(xué)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(yù)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(tǒng)進行延遲補償，但其要求系統(tǒng)具有準(zhǔn)確的控制模型，控制精度不高。目前國內(nèi)外很多研究者將Smith預(yù)估補償控制器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化、結(jié)合PID進行參數(shù)整定以及將Smith預(yù)估補償器與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(yù)估補償控制器的研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：時滯；Smith；預(yù)估補償

0 引言

1 Smith預(yù)估補償器原理

經(jīng)補償控制后，系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為式（1）：

2 Smith預(yù)估補償控制器研究現(xiàn)狀

當(dāng)前，國內(nèi)外研究者對Smith預(yù)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(yù)估補償控制器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在控制系統(tǒng)中增加并聯(lián)或串聯(lián)環(huán)節(jié)，以提高控制系統(tǒng)的魯棒性，增強系統(tǒng)的抗干擾能力。國外的學(xué)者Uma S，Chidambaram M，Rao Seshagiri A等將傳統(tǒng)的PID控制與Smith預(yù)估補償控制相融合，研究了一種新的Smith預(yù)估補償控制器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有較好的魯棒性，有效地克服了系統(tǒng)模型的不確定性和外部擾動的影響。我國的學(xué)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(tǒng)經(jīng)改進的Smith預(yù)估器補償后，在階躍信號作用下，系統(tǒng)具有良好的跟隨性，而在任意輸入函數(shù)作用下，系統(tǒng)響應(yīng)總是滯后于輸入的問題。研究者們對Smith預(yù)估補償控制器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進的主要目的在于改善Smith預(yù)估補償控制的魯棒性和抗擾動能力。對Smith預(yù)估補償控制器進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進，可以改善系統(tǒng)的控制性能，對Smith結(jié)構(gòu)進行優(yōu)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(yù)估補償控制器結(jié)合PID參數(shù)整定方法研究，用控制系統(tǒng)的魯棒性能指標(biāo)或其它性能指標(biāo)對控制器參數(shù)進行整定。國外學(xué)者Majhi S，Atherton D P等提出了smith控制器參數(shù)整定、設(shè)計的解析方法，以及參數(shù)的自整定設(shè)計方法。我國的學(xué)者王華強，張毅等提出了一種改進的自適應(yīng)Smith預(yù)估控制器。目前Smith預(yù)估補償控制器參數(shù)自整定的方法主要是以魯棒性、最小二次型最優(yōu)等控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)為基礎(chǔ)，研究者們主要用到自整定、自適應(yīng)等算法。在系統(tǒng)中加入以上算法，改善了系統(tǒng)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(jié)合Smith預(yù)估補償控制器的特點，不僅研究經(jīng)濟效益高，而且研究工藝合理的性能指標(biāo)，依然是今后Smith預(yù)估補償控制器參數(shù)自整定的一個研究方向。

第三大類是將Smith預(yù)估補償控制器與模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)有先進控制方法相融合，提高控制系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)。國外學(xué)者Uma S，Chidambaram M，Rao Seshagiri A，Yoo C K等將Smith預(yù)估補償器與串級控制深度融合，可以有效克服系統(tǒng)所受的外部擾動，提高了Smith預(yù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于Smith預(yù)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(yù)估補償器與先進的控制算法深度融合，有效地克服系統(tǒng)不確定性、外部擾動以及時延給系統(tǒng)帶來的影響，從而得到較為理想的控制效果。然而將Smith預(yù)估補償控制與先進的模糊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合后，將會給系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析帶來不便，大部分研究需要依賴MATLAB系統(tǒng)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(dāng)今的過程領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用，目前如何有效地將智能控制算法和Smith預(yù)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(jié)束語

綜上所述，Smith預(yù)估補償控制已經(jīng)成為過程控制領(lǐng)域研究的一大控制方法，隨著網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)不斷被引入到過程控制系統(tǒng)中，因網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，引起系統(tǒng)的性能變差，今后在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，研究既具有魯棒性，又具有良好的抗干擾性的Smith預(yù)估補償控制器，將逐漸成為新的研究熱點。

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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(shù)與自動化裝置。