SmithPID算法在恒壓供水中的應(yīng)用

李明珠 占永寧 張守興

摘要：針對(duì)恒壓供水控制系統(tǒng)非線性、大滯后等問(wèn)題，提出了一種基于Smith預(yù)估器的PID控制算法。采用Smith預(yù)估器消除純滯后特性帶來(lái)的影響，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快調(diào)節(jié)過(guò)程。通過(guò)Simulink建模仿真，基于Smith PID算法的控制效果明顯好于傳統(tǒng)的PID控制，具有調(diào)節(jié)時(shí)間短，超調(diào)量小的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：恒壓供水；Smith控制；PID控制

中圖分類號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）22-0290-01

城市供水系統(tǒng)管網(wǎng)分布范圍廣、鋪設(shè)復(fù)雜、彎管多、具有大滯后、非線性及參數(shù)時(shí)變等特點(diǎn)[1]，采用傳統(tǒng)的PID控制很難達(dá)到滿意的效果。在過(guò)程控制中，對(duì)象的純滯后特性常引起系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)或者振蕩，Smith于50年代末針對(duì)連續(xù)系統(tǒng)提出了一種純滯后的補(bǔ)償算法，后來(lái)得到了廣泛的研究和應(yīng)用[2]。

1 Smith PID控制原理

為了解決恒壓供水中純滯后問(wèn)題，提出了結(jié)合Smith預(yù)估補(bǔ)償和常規(guī)PID的控制系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

其基本思想是在反饋控制中加入Smith預(yù)估器，把被延遲的被控量提前回饋到控制器，讓控制器提前動(dòng)作，其作用可以減小超調(diào)量，加快控制過(guò)程。

2 恒壓供水模型

3 系統(tǒng)仿真分析

在 simulink [4]中建立仿真圖，如圖2所示。分別采用常規(guī)PID控制、Smith PID控制對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行階躍輸出。在常規(guī)PID控制中，通過(guò)Ziegler-Nichols法整定PID參數(shù)得，Kp=57.6，Ki=19.2， Kd=43。

圖3為階躍響應(yīng)效果圖，從中可看出，Smith PID控制比常規(guī)PID算法具有更好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)控制性能，這表明Smith PID是一種行之有效的控制算法。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)純滯后系統(tǒng)，Smith PID控制算法十分有效，且Smith PID算法簡(jiǎn)單方便、便于實(shí)現(xiàn)。但Smith算法依賴于精確模型，當(dāng)控制對(duì)象參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，Smith算法控制效果不太理想，可以引人模糊PID控制，克服Smith預(yù)估補(bǔ)償環(huán)節(jié)魯棒性差的弱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹超，李茂軍，張靜. 變頻恒壓供水系統(tǒng)的Smith預(yù)估復(fù)合控制[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用， 2013，40（4）58-61.

[2]王耀南，劉治. 智能PID控制器在工業(yè)對(duì)象中的應(yīng)用[J]. 自動(dòng)化儀表，2001.22（5）：23-25.

[3] 田思慶，程佳生. 自適應(yīng)模糊控制在恒壓供水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2008，27（2）：40-42.

[4]劉金琨. 先進(jìn)PID控制MATLAB仿真[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2016.

【通聯(lián)編輯：梁書】