计算机控制—史密斯预估器编程

1、东南大学能源与环境学院实 验 报 告课程名称： 计算机控制概论 实验名称： Smith预估控制实验 院 （系）： 能源与环境学院 专 业： 热能与动力专业 姓 名： 李栋 学 号： 03012117 实 验 室： 实验组别： 同组人员： 实验时间： 2015 年 04月10 日评定成绩： 审阅教师： 目 录一、实验目的3二、实验内容3三、实验步骤3四、实验分析12Smith预估控制实验一 实验目的 通过实验掌握Smith预估控制的方法及程序编制及调试。二 实验内容 Smith预估控制系统如图所示， 图一对象G(S)= K·e-s / (1+T1S) ,K = 1, T1 = 10 s

2、 , = 5 s ,Wc(z)采用数字PI控制规律。 对象扰动实验画出U(t) = u0·1(t)时，y(t)曲线。 Smith预估控制(1) 构造W(S)，求出W(Z)。(2) 整定Wc(s)(按什么整定？)(3) 按图仿真，并打印曲线。 （4） 改变W(S)中K，（对象不变），进行仿真比较，观察它们对调节 过程的影响。三 实验步骤1、对象扰动实验源程序如下：#include"iostream.h"#include"math.h"#include"fstream.h"void main()fstream outfile(&

3、quot;data1.xls",ios:out);double t;double u0;cout<<"请输入采样周期:"cin>>t;cout<<"请输入阶跃幅值:"cin>>u0;double ee=pow(2.718,(-t/10.0);int N;int i;double u100,y100;for(i=0;i<100;i+)ui=u0;yi=0.0;N=1+5/t;for(i=N;i<100;i+)yi=(1-ee)*ui-N+yi-1*ee;for(i=0;i*t<10

4、0;i+)cout<<yi<<'t'for(i=0;i*t<100;i+)outfile<<i*t<<'t'outfile<<'n'for(i=0;i*t<100;i+)outfile<<yi<<'t'outfile.close();（3）输出结果：当采样周期T=1，阶跃幅值为1时：Y（t）输出数据：0 0 0 0 0 00.09515320.1812520.2591590.3296520.3934380.4511540.5033790

5、.5506340.5933920.6320820.6670910.6987680.7274310.7533670.7768350.798070.8172840.834670.8504020.8646370.8775170.8891720.8997170.9092590.9178940.9257060.9327760.9391720.944960.9501970.9549360.9592240.9631040.9666150.9697920.9726660.9752670.977620.979750.9816770.983420.9849980.9864250.9877170.9888860.9

6、899430.9909 0.9917660.992550.9932590.9939 0.994480.9950060.9954810.9959110.9963 0.9966520.9969710.9972590.997520.9977560.9979690.9981620.9983370.9984960.9986390.9987680.9988850.9989910.9990870.9991740.9992530.9993240.9993880.9994460.9994990.9995470.999590.9996290.9996640.9996960.9997250.9997510.9997

7、750.9997960.9998160.9998330.9998490.9998630.9998760.9998880.9998990.9999080.999917阶跃响应曲线如下：图二2、Smith预估控制源程序如下：#include"iostream.h"#include"math.h"#include"fstream.h"void main()fstream outfile("data1.xls",ios:out);double t,kp,ki;int t1,k;cout<<"请输入Wt

8、(s)中的K:"cin>>k;cout<<"请输入Wt(s)中的迟延时间t:"cin>>t1;cout<<"请输入采样周期:"cin>>t;cout<<"请输入PI调节器的参数kp:"cin>>kp;cout<<"请输入PI调节器的参数ki:"cin>>ki;double ee=pow(2.718,(-t/10.0);int N,N1;int i;double r100,e1100,e2100,cm

9、100,q100,u100,y100;for(i=0;i<100;i+)ri=1.0;e1i=0.0;e2i=0.0;ui=0.0;yi=0.0;cmi=0.0;qi=0.0;N=1+5/t;N1=t1/t;cout<<N<<'t'<<N1<<endl;for(i=0;i<100;i+)if(i=0)e1i=ri;cmi=0;qi=0;e2i=e1i-qi;ui=kp*e2i+ki*e2i;if(i>0&&i<N1)e1i=ri-yi-1;cmi=ee*cmi-1+k*(1-ee)*ui-1

10、;qi=cmi;e2i=e1i-qi;ui=ui-1+kp*(e2i-e2i-1)+ki*e2i;if(i>=N)yi=(1-ee)*ui-N+yi-1*ee;if(i>=N1)e1i=ri-yi-1;cmi=ee*cmi-1+k*(1-ee)*ui-1;qi=cmi-cmi-N1;e2i=e1i-qi;ui=ui-1+kp*(e2i-e2i-1)+ki*e2i;if(i>=N)yi=(1-ee)*ui-N+yi-1*ee;for(i=0;i*t<100;i+)cout<<yi<<'t'for(i=0;i*t<100;i+)

11、outfile<<i*t<<'t'outfile<<'n'for(i=0;i*t<100;i+)outfile<<yi<<'t'outfile.close();（3）输出结果：以下所涉及到的采样周期均为T=1，PI控制器的参数均为Kp=1，Ki=1；当Smith预估器中的K=1，延迟时间=5时（即与对象的特性完全符合）：Y（t）输出数据：0000000.1903060.4214410.6636410.8917551.086761.236391.371281.471041.53111

12、.549551.527611.469561.389311.293441.189831.085670.9872460.899810.8287990.7769830.7456530.7345240.7419550.7652510.8012570.8462170.8962230.947450.9964021.040111.076311.10351.12091.128481.126831.117081.100791.079731.055811.030931.00680.9849190.9664630.9522530.9427440.9380320.937890.9418160.9491010.9588

13、950.9702790.9823330.9941951.005111.014481.021861.026981.029781.030321.028821.025611.021081.015691.009871.004060.9986270.9938930.9900860.987350.9857450.9852490.9857710.9871630.9892380.9917830.9945810.997421.000111.00251.004451.00591.00681.007151.0071.006411.005471.004281.002931.001551.000220.9990270.

14、9980280.9972690.996773扰动曲线如下：图三当Smith预估器中的K=1，延迟时间=2时（即与对象的特性不完全符合）：Y（t）输出数据如下：0000000.1903060.4214410.6636410.9279711.210951.506191.810532.085772.314632.489892.601232.638892.595622.465642.250951.958931.599891.187740.7400930.277571-0.176632-0.598368-0.963966-1.25121-1.44044-1.51579-1.4662-1.28642-0.

15、977633-0.547714-0.01125320.6107651.291641.999962.700933.3583.934554.395884.711034.854644.808624.563514.119523.487122.687151.750360.716479-0.367272-1.44817-2.47036-3.37751-4.11571-4.63639-4.89916-4.87439-4.54543-3.91026-2.98249-1.79168-0.382781.185242.84154.50626.094087.518558.696039.5504510.017610.0

16、4949.616898.713477.356325.587043.471091.09587-1.43244-3.99312-6.45626-8.68888-10.5616-11.9554-12.7687-12.9234-12.3704-11.0941-9.11507-6.49149-3.318320.2752394.130268.0644511.8815.373118.3435扰动曲线如下：图四当Smith预估器中的K=2，延迟时间=2时（即与对象的特性不完全符合）：Y（t）输出数据如下：0000000.1903060.3852250.5463440.7250840.9203711.11455

17、1.308341.469091.593381.692661.76081.790271.782271.737661.661471.560211.437781.299491.153021.005580.8639010.7341210.6213190.5299130.4634250.4238740.4118960.4269230.4672010.5299430.6114570.7072980.8125520.9221031.030841.133891.226831.305851.367931.410941.43371.435981.418481.382781.331211.266721.192741

18、.112981.031270.9513810.8768450.8108160.755940.7142530.6871160.6751790.678380.6959770.7266050.7683670.8189360.8756810.9357970.9964341.054841.108451.155051.192811.220371.236891.242061.236091.219711.194051.160641.12131.078041.032960.9881820.9457050.9073590.8747110.8490120.8311460.821610.8205060.827550.8421020.8632080.8896560.9200410.9528350.9864621.01937扰动曲线如下：图五四 实验分析当系统是特征方程中含有纯迟延项的时候，系统的闭环稳定性事下降的，当迟延时间比较大的时候，系统就会不稳定。因此采用常规的控制是难以使系统获得满意的控制性能的。理论上，一个被控对象的过程可分为纯迟延环节和Gp（s）（不含有纯迟延项），如果虚拟变量C可用某种方法测量，并作为反馈量连接到控制器，就可以把纯迟项移到闭环的外面。因为在反馈信号中没有迟延，系统的响应将大大得到改善，同时在外回路用第二个反馈