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专利号: 201811220439X
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于极点配置的Smith预估补偿控制方法,其特征在于,所述方法包括:S1,构建具有Smith预估补偿算法的闭环控制系统,所述闭环控制系统的传递函数为:其中,Gp(s)表示闭环控制系统的传递函数,G1(s)为被控对象中不含纯滞后的部分,e-τs为延时部分,G2(s)为系统的控制器;

S2,采用一阶或二阶时滞模型为被控对象,所述时滞模型表示为:其中,n=1,2,Gc(s)为被控对象,T为被控对象的时间常数,k为放大系数,τ为被控对象的延迟时间;

S3,采用PI或PID控制器为系统的控制器,所述控制器为PI控制器,其表示为:所述控制器为PID控制器,其表示为:其中,Kp、Ki、Kd为控制器待整定的参数。

S4,由所述S1、S2和S3中的表示公式,重新表示系统的闭环传递函数Gp(s);

S5,由S4中所述系统的闭环传递函数得到闭环系统的特征方程,并由所述特征方程得到控制器待整定的所述Kp和Ki参数或所述Kp、Ki、Kd参数,从而完成基于极点配置的Smith预估补偿控制器的设计。

2.根据权利要求1所述的控制器设计方法,其特征在于,所述S1包括:S11,构建时滞闭环控制系统,所述系统中被控对象的传递函数为:Gc(s)=G1(s)e-τs;

且所述闭环系统的传递函数为:

S12,在S11的系统中引入Smith预估器,所述Smith预估器表示为:G1(s)(1-e-τs)。

3.根据权利要求1所述的控制器设计方法,其特征在于,S2中,采用一阶时滞模型为被控对象,所述一阶时滞模型表示为:

4.根据权利要求3所述的控制器设计方法,其特征在于,S3中,采用PI控制器作为系统的控制器。

5.根据权利要求4所述的控制器设计方法,其特征在于,所述闭环系统的特征方程表示为:Ts2+(1+kkp)s+kki=0;

且对于二阶系统,其最优特征方程为:s2+2wnξs+wn2=0;

其中,wn为系统的无阻尼振荡频率,ξ为阻尼比,即:s2+2wnξs+wn2=Ts2+(1+kkp)s+kki;

从而得到控制器的参数Kp和参数Ki分别为:Kp=(2wnξT-1)/K;

2

Ki=(wnT)/K。

6.根据权利要求1所述的控制器设计方法,其特征在于,S2中,采用二阶时滞模型为被控对象,所述二阶时滞模型表示为:

7.根据权利要求6所述的控制器设计方法,其特征在于,S3中,采用PID控制器作为系统的控制器。

8.根据权利要求7所述的控制器设计方法,其特征在于,所述闭环系统的特征方程表示为:且对于三阶系统,其最优特征方程为:其中,wn为系统的无阻尼振荡频率,ξ为阻尼比,fnl为第三极点系数,其为一正数,其在

0.5-2之间取值,即:

从而得到控制器的参数Kp、Ki、Kd分别为:

9.根据权利要求5或8所述的控制器设计方法,其特征在于,所述系数wn的大小决定了系统的响应速度,ωn越大,系统响应越快,设置所述阻尼比ξ的取值范围为0.6≤ξ≤0.8。