Smith预估器在大时滞系统仿真中的应用

"该文主要探讨了基于Smith的时滞系统仿真研究，使用MATLAB作为仿真平台，重点在于理解和应用Smith预估器改善含有大时滞的控制系统性能。" Smith预估器是一种针对具有纯滞后特性的控制系统的先进控制策略。在工业控制中，纯滞后时间τ会导致系统稳定性下降，动态性能恶化，比如产生超调和持续振荡。Smith预估器的原理是将被控对象的动态特性简化为纯滞后与一阶惯性环节的串联模型，通过预估器提前预测控制作用对被控量的影响，从而在被控量实际变化之前采取控制行动，有效改善系统动态性能。 实验目的旨在通过MATLAB仿真，学习如何设计Smith预估器来控制大滞后环节，并理解预估器参数对系统性能的影响。在MATLAB的Simulink环境中，可以构建系统模型，对比引入Smith预估器前后的系统性能。 在系统设计中，纯滞后负反馈控制系统由调节器D(s)和对象传递函数G(s)组成，含有纯滞后特性，导致系统特征方程中的项，影响系统稳定性。引入Smith预估器后，可以消除这个项，改进系统闭环传递函数，从而使控制更加有效。 实验内容包括绘制系统框图，设计Smith数字预估器。未引入Smith预估器的系统可能表现出响应慢，稳定时间长的问题，尤其在τ/T比例大于0.3的大时滞系统中。而加入Smith预估器后，系统的上升时间和稳定时间会显著缩短，控制性能得到提升。 实验现象展示了未加预估器和添加预估器后的系统输出图形。未加入Smith预估器时，尽管系统能够稳定，但上升时间较长，稳定过程缓慢。而添加预估器后，系统响应速度加快，稳定时间缩短，表明Smith预估器成功地改善了系统的动态响应。 总结来说，基于Smith的时滞系统仿真研究展示了Smith预估器在处理大时滞系统中的优越性，它能通过预测控制策略提高系统的稳定性和动态性能。MATLAB作为强大的仿真工具，为理解和实现这一控制策略提供了便利。通过深入理解和实践，工程师可以更有效地解决工业控制中遇到的时滞问题。