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轧机厚度系统Smith控制器和PID控制器的应用分析

2016-08-12 10:08　来源: 互联网作者：赵欣浏览次数 2314

　　2.2 等效条件下的Smith预估器与PID控制器
　　以传统的观点看，Smith预估器与PID控制器是两种不同的控制器，Smith预估器优越于PID控制器的是它能应用于大纯滞后对象的调节。但是，二者在给定的条件下是等效的，如图3所示的反馈控制回路。
　　其中，K（s）-控制器，G（s）-控制对象，将轧机辊缝环节等效成二价最佳系统，代入相关数据得：
　　K（s）的结构是不完全微分PID控制器，控制器中τmp是对应于Smith预估模型中的滞后时间，λ是可调系数。
　　3 Smith预估器和PID控制器仿真分析
　　轧制过程中，滞后时间τp是变化的。用Simulink仿真实现[4]：
　　3.1 理想状态下的仿真分析
　　厚度闭环系统中的滞后时间τp是一个大范围变化的变量，厚度闭环系统限定：当轧制速度较低时不投入闭环控制，低速限定速度：V0=0.4m/s，最高轧制速度：Vm=10m/s，根据τp=L/V可得：τp=0.16～4s。
　　从图4、5看出，理想状态下Smith预估器比较PID控制器的阶跃响应，有较小的超调量，较短的调节时间，反映了较好的动态指标。
　　3.2 模型失配状态的仿真分析
　　采用Smith预估器这种结构，主要缺点就是很难构造出精确的数学模型，虽然，我们可以实测轧制速度而求出滞后时间，再动态跟踪修正模型中的滞后时间参数，但由于从测速到修正模型中的参数的过程需要一定的时间，所以，相对于测厚仪位置带来的纯滞后，模型中滞后时间同实际的滞后时间之间还存在一个滞后误差。
　　当模型失配时，τp=0.16+0.1=0.26s，λ=0.3时，采用Smith预估器和系统的PID控制器时，系统的阶跃响应见图6所示。采用PID控制器时，调节时间为2秒，超调量为16%；而采用Smith预估器时，调节时间为1.5秒，超调量为14%。当τp=4s，λ=1时，Smith预估器和PID控制器的系统阶跃响应如图7所示。
　　从图6、7比较看出，模型失配状态下，Smith预估器比较PID控制器的阶跃响应，有较小的超调量，较短的调节时间，同样反映了较好的动态指标。
　　4 结束语
　　针对厚度闭环反馈控制系统中的时间滞后问题，设计Smith预估器来补偿实测滞后影响带来的系统误差。设计系统的Smith预估器，并将位置内环的闭环传递函数等效为典型的二阶环节系统。从仿真数据波形可以看出，Smith预估器控制器比传统PID控制器动态指标好。

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