溫度控制器的非線性控制方法研究與仿真

1、安徽大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作）題 目： 溫度控制器的非線性控制方法研究與仿真學(xué)生姓名： 胡國清 學(xué)號(hào)： P40714094院（系）： 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè)： 自動(dòng)化 入學(xué)時(shí)間： 2007 年 9 月導(dǎo)師姓名： 張媛媛 職稱/學(xué)位： 副教授 導(dǎo)師所在單位： 安徽大學(xué) 完成時(shí)間： 2011 年 5 月溫度控制器的非線性控制方法研究與仿真摘 要目前溫度控制器應(yīng)用于各種場合，比如室溫控制系統(tǒng)、爐溫控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)等。盡管溫度被控對(duì)象多種多樣，然而溫度被控對(duì)象擁有共同的特點(diǎn)，即非線性、不確定性、時(shí)變性、大慣性、大時(shí)滯。這些特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)的控制方法無法滿足系統(tǒng)的控制性能。由于模糊控制的控制

2、機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡單，控制語言規(guī)則易于建立，且具有很好的響應(yīng)速度和較強(qiáng)的抗干擾能力，因此對(duì)于溫度被控對(duì)象可以通過采用模糊控制來達(dá)到傳統(tǒng)方法不能滿足的溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)準(zhǔn)快要求。本文以UEGO傳感器作為溫度被控對(duì)象，根據(jù)其特點(diǎn)建立Hammerstein數(shù)學(xué)模型，由于UEGO傳感器作為溫度控制對(duì)象具有大慣性，大時(shí)滯的特點(diǎn)等，因此可以采用模糊控制實(shí)現(xiàn)對(duì)控制信號(hào)的及時(shí)改變以達(dá)到加快響應(yīng)速度，克服非線性影響等目的。最后考慮非線性被控對(duì)象的延時(shí)及其對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，采用增益自適應(yīng)Smith預(yù)估控制消除時(shí)滯影響。關(guān)鍵詞：模糊控制；非線性；大滯后；Hammerstein模型；自適應(yīng)Smith預(yù)估

3、控制- 2 -A temperature controller based on the nonlinear control methodAbstractThe current temperature control system is applied in various areas, such as room temperature control systemfurnace temperature control system、water temperature control system etc .Despite the controlled object varied，they h

4、ave common characters ,namely: nonlinear, uncertainty, time-varying, large inertia, large time delay. These properties determine that the temperature controlled object is difficult to establish accurate mathematical model，thus the traditional control method cannot meet the property requirement of th

5、is kind of controlled object. Since Fuzzy control mechanism and strategy is easy to accept and understand, and the fuzzy controller is apt to design, we can use the fuzzy control to achieve the system performances of steady、accurate and fast that can not be realized by the traditional control method

6、s. In this thesis we will establish a Hammerstein model based on the properties of UEGO sensor. Due to the step response of this system is slow and nonlinear，fuzzy control is introduced to keep the response speed and the response stability in time. Whats more choosing the fuzzy control can overcome

7、the nonlinear effect and can accelerate the response speed. At last gain adaptive Smith predictor is applied in this system to eliminate the large time delay influence of the nonlinear controlled object.Keywords: fuzzy control; nonlinear; large time delay; Hammerstein model; adaptive Smith predictor

8、- 3 -目 錄1 引言 . 12 UEGO傳感器的非線性建模及相關(guān)問題 . 12.1 UEGO傳感器的溫度控制的研究意義和現(xiàn)狀 . 12.2 UEGO傳感器的作為溫度控制對(duì)象時(shí)的Hammerstein模型 . 23 模糊控制器的設(shè)計(jì) . 43.1 模糊控制機(jī)理 . 43.2 變量的選擇、模糊化、精確化及規(guī)則庫的設(shè)計(jì) . 53.3 量化因子對(duì)系統(tǒng)的影響 . 84 史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì) . 104.1 增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器的原理 . 104.2 增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì) . 115 仿真與分析 . 125.1 仿真 . 125.2 結(jié)論 . 13主要參考文獻(xiàn)： . 14致 謝 . 151 引

9、言傳統(tǒng)的各種控制方法均是建立在被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型之上，例如PID控制，但是隨著被控對(duì)象的復(fù)雜化，被控對(duì)象很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，這就要求采用一種對(duì)被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型要求并不高卻能靈活控制系統(tǒng)性能的控制手段。模糊控制基于模糊集合論，自1965年L.A.Zadeh 第一次提出模糊集理論1，經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，如今已經(jīng)應(yīng)用于測量數(shù)據(jù)不確切、復(fù)雜可變的很難建立精確數(shù)學(xué)模型的被控對(duì)象等場合并且取得很大的成效。與傳統(tǒng)控制相比，模糊控制是建立在人工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上的，是對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和描述。模糊控制設(shè)計(jì)可以無需知道被控對(duì)象的準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型并且構(gòu)造方便，容易被人們所接受 。且設(shè)計(jì)的系統(tǒng)魯棒性能好。因此在過去的

10、幾十年里得到快速的發(fā)展。模糊控制系統(tǒng)的組成主要包括有定義變量，模糊化過程，模糊控制規(guī)則，精確化過程。定義變量主要有變量的選擇和論域的分割，變量的選擇包括輸入變量的選擇和控制變量的選擇。合理的變量選擇和論域的分割將有利于系統(tǒng)的控制。模糊化過程主要的任務(wù)是將數(shù)字表示形式的輸入量轉(zhuǎn)化為語言值表示的某一限定碼的序數(shù)。所謂一個(gè)限定碼表示論域內(nèi)的一個(gè)模糊子集，并由其隸屬度函數(shù)來定義，由此實(shí)現(xiàn)變量的模糊化?？刂埔?guī)則庫是基于人工經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一系列語言描述的規(guī)則?？刂埔?guī)則庫的設(shè)計(jì)是模糊控制設(shè)計(jì)的的核心，規(guī)則的設(shè)置直接關(guān)系到系統(tǒng)的性能。精確化過程主要采用的方法是重心法，最大隸屬度函數(shù)法，面積法實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出語言變量的數(shù)

11、字化。本文以寬域廢氣氧傳感器傳感器（UEGO）作為溫度被控對(duì)象，設(shè)計(jì)一種模糊控制器，并結(jié)合傳統(tǒng)控制手段研究模糊控制器在溫度被控對(duì)象中的作用效果。全文主要分為三大部分。第一部分主要介紹UEGO傳感器作為溫度被控對(duì)象研究的意義，并且根據(jù)其溫度-電阻特性建立數(shù)學(xué)模型。第二部分主要介紹將UEGO傳感器作為溫度被控對(duì)象時(shí)，根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型，選擇合適的控制手段，本章采用的控制手段為模糊控制和前饋控制。在設(shè)計(jì)模糊控制器的時(shí)候，選擇誤差和誤差的變化率作為輸入變量，選擇合適的論域?qū)ψ兞磕：?，然后根?jù)被控對(duì)象的特點(diǎn)建立模糊控制規(guī)則庫，將模糊控制器的輸出為控制變量補(bǔ)償同前饋控制一起對(duì)被控對(duì)象的溫度進(jìn)行控制。并且

12、，研究了量化因子對(duì)系統(tǒng)性能的影響。第三部分主要解決了溫度被控對(duì)象的大時(shí)滯的問題，通過設(shè)計(jì)一種史密斯預(yù)估器可以消除大時(shí)滯的影響，進(jìn)而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)保持系統(tǒng)的快速性。2 UEGO傳感器的非線性建模及相關(guān)問題2.1 UEGO傳感器的溫度控制的研究意義和現(xiàn)狀現(xiàn)今社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來越強(qiáng)，環(huán)境污染包括大氣污染，水污染等日益成為人們要解決的問題。其中大氣污染除了工業(yè)排放的氣體外，有很大一部分來自人們生活中的汽車尾氣的排放。1為了解決汽車尾氣污染的問題，除了政策上的制定還需要技術(shù)上的支持。為此可以利用 UEGO傳感器通過檢測汽車的尾氣排放中的氧含量，并向電子控制單元(ECU)輸送相應(yīng)的電壓信號(hào)，

13、反映空氣燃油混合比的稀濃。ECU根據(jù)氧傳感器傳送的實(shí)際混合汽濃稀反饋信號(hào)而相應(yīng)調(diào)節(jié)噴油脈寬，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳空燃比狀態(tài)，從而為催化轉(zhuǎn)換器的尾氣處理創(chuàng)造理想的條件，現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)中，安裝在催化轉(zhuǎn)換器前的UEGO傳感器，稱作控制氧傳感器，其安裝在三元催化器的上游位置，監(jiān)測尾氣中氧的濃度，并將信息反饋給控制單元，用于調(diào)節(jié)噴油量，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的閉環(huán)控制，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒性能并減少有害氣體的排放。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，氧傳感器對(duì)工作溫度要求比較高，它與傳感器的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、重復(fù)性有直接關(guān)系，影響其動(dòng)態(tài)特性。其工作溫度在大約450800之間，發(fā)動(dòng)機(jī)冷車或低速小負(fù)荷，尾氣溫度不夠，不能促進(jìn)其工

14、作，所以UEGO控制器中必須設(shè)計(jì)加熱控制電路和算法，使在廢氣溫度不同時(shí)，都能夠保持恒定的最佳工作溫度(750)。目前國內(nèi)外關(guān)于UEGO控制器的相關(guān)研究較少，其中文獻(xiàn)2中采用溫度控制器中采用分段加熱控制，即首先利用較大的初始加熱電壓，使傳感器溫度快速上升至工作溫度附近;然后采用基于時(shí)間最優(yōu)的bang-bang控制2，根據(jù)溫度控制模塊偏差量的符號(hào)，選擇不同的比例控制系數(shù);最后當(dāng)傳感器溫度達(dá)到工作溫度附近范圍時(shí)，采用PID控制算法，進(jìn)行精確控制。其控制效果如圖1所示可以看見系統(tǒng)控制效果較好，但仍然存在超調(diào)量，有較長時(shí)間的波動(dòng)存在。此存在原因之一在于被控對(duì)象的非線性特性影響。圖1： 采用bang-ba

15、ng控制的溫度檢測曲線本文將采用模糊控制算法和傳統(tǒng)的控制方法設(shè)計(jì)一種模糊控制器使氧傳感器工作在穩(wěn)定的工作溫度，并且研究模糊控制在溫度被控對(duì)象中的作用效果。2.2 UEGO傳感器作為溫度控制對(duì)象時(shí)的Hammerstein模型UEGO傳感器的氧濃度差電池內(nèi)阻隨著溫度的增加而減小，具有負(fù)溫度特性2，其溫度 -電阻特性如圖2所示,根據(jù)圖中的數(shù)據(jù)可以得知UEGO傳感器的溫度特性具有非線性特征，因此可以采用Hammerstein模型3近似控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。Hammerstein模型靜態(tài)非線性部分可以利用最小二乘法的多項(xiàng)式擬合，建立UEGO靜態(tài)非線性環(huán)節(jié)的模型，首先根據(jù)圖2所示選取合適的樣點(diǎn)。樣點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄

16、在表1。2圖2：氧濃差電池內(nèi)阻值和溫度的非線性關(guān)系圖利用matlab對(duì)圖形采用8階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合。其表達(dá)式為 f（u）=a8u8+a7u7+a6u6+a5u5+a4u4+a3u3+a2u2+a1u+a0 (1)各項(xiàng)系數(shù)依次記錄在表2中。注： ai 表示i次冪的系數(shù)擬合的圖形如圖3 所示，擬合圖形與采樣點(diǎn)的誤差如圖4所示。圖3：擬合曲線3-7圖4：擬合誤差仿真圖顯示，采 用8階多項(xiàng)式進(jìn)行擬合的誤差小于10-7,此誤差對(duì)系統(tǒng)影響很少 ,故可以將8階多項(xiàng)式作為Hammerstein模型的靜態(tài)非線性部分。Hammerstein模型動(dòng)態(tài)部分可以利用一階帶滯后的慣性環(huán)節(jié)來表示，根據(jù)傳感器的1-5s特性，選

17、擇G（s）= e 作為被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能數(shù)學(xué)模型。 2s 1綜上所述，UEGO傳感器溫度被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型可以表示成上述靜態(tài)環(huán)節(jié)的8階多項(xiàng)式乘以G（s）。在下文中我們將以此模型進(jìn)行仿真和分析。3 模糊控制器的設(shè)計(jì) 3.1 模糊控制機(jī)理根據(jù)上章建立的Hammerstein數(shù)學(xué)模型，若采用開環(huán)控制，其控制結(jié)構(gòu)如圖5所示，其中f1為Hammerstein模型的非線性靜態(tài)部分，f2為f1的反函數(shù)。圖5: 開環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖在階躍信號(hào)輸入下，開環(huán)控制的效果如圖6所示。由圖可知，系統(tǒng)的上升時(shí)間較長，存在時(shí)間滯后。如果選擇單位閉環(huán)反饋控制，其控制效果如圖7所示。圖7可知系統(tǒng)的階躍響應(yīng)存在大振蕩，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能差，

18、主要原因在于系統(tǒng)存在時(shí)延，因此不能直接采用傳統(tǒng)控制方式。同樣如圖1所示，雖然采用了bang-bang控制，但是系統(tǒng)在階躍響應(yīng)后期存在波紋振動(dòng)，原因之一是由于被控對(duì)象的非線性特性。傳統(tǒng)的閉環(huán)反饋控制是建立在誤差4 Delay2 f2 f1控制的基礎(chǔ)上的，對(duì)于本文中的溫度被控對(duì)象，由于時(shí)滯的存在，在進(jìn)更正的時(shí)候，實(shí)際情況可能已經(jīng)有了很大的變化，由此無法達(dá)到控制系統(tǒng)的性能要求。圖7: 單位反饋閉環(huán)控制響應(yīng)曲線為了使系統(tǒng)能夠達(dá)到較好的響應(yīng)速度和精度，采用模糊控制，當(dāng)傳感器工作在低溫時(shí)，通過增加溫度控制變量，加速系統(tǒng)反應(yīng)。在系統(tǒng)響應(yīng)接近輸入值時(shí)，通過微調(diào)控制變量，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的達(dá)到最終控制狀態(tài)。由此可

19、以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖8所示。圖8: 模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖6: 開環(huán)控制響應(yīng)曲線3.2 變量的選擇、模糊化、精確化及規(guī)則庫的設(shè)計(jì) 1. 確定模糊控制器的輸入輸出變量模糊控制器的輸入變量選擇傳感器的給定的電阻值對(duì)應(yīng)的溫度與測量溫度的誤差E和5誤差變化率dE作為輸入語言變量，將溫度補(bǔ)償控制量U作為輸出語言變量構(gòu)成一個(gè)模糊控制器。2. 確定各輸入、輸出變量的變化范圍、量化等級(jí)和量化因子K1、K2、K3。取輸入語言變量的量化等級(jí)為5級(jí)，分別為“負(fù)大（nb）”、“負(fù)?。╪s）”、“零（zo）”、“正小（ps）”、“正大（pb）”五個(gè)等級(jí)，其對(duì)應(yīng)的值為-1，-0.5,0,0.5,1。輸出語言變量分為7個(gè)

20、等級(jí)，分別為“?。╯s）”、“中?。╩s）”、“大?。╞s）”、“中（mm）”、“小大（sb）”、“中大（mb）”、“大（bb）”。誤差E的論域?yàn)?80000,80000,誤差變化率dE的論域?yàn)?20000,20000,控制變量的輸出U的論域?yàn)?,900,由此可以選擇K1=1/80000，4K2=1/20000，K3=736。各變量的隸屬度函數(shù)分別見圖9、圖10、圖11。圖9: 誤差E的隸屬度函數(shù) 圖10: 誤差dE的隸屬度函數(shù)圖11: 溫度補(bǔ)償輸出變量U的隸屬度函數(shù)3. 模糊控制規(guī)則的制定模糊控制規(guī)則是將人工控制經(jīng)驗(yàn)通過總結(jié)而得到的一系列的模糊條件語句的集合5。確定模糊規(guī)則的原則是要使得系統(tǒng)

21、的輸出響應(yīng)的性能達(dá)到最佳?？紤]誤差E，誤差變化率dE，為了消除偏差，當(dāng)誤差為負(fù)的時(shí)候說明此時(shí)溫度高于給定值，那么要減小溫度就必須給予一個(gè)負(fù)溫度補(bǔ)償，同樣當(dāng)誤差為正時(shí)說明此時(shí)溫度低于給定值，這是要給一個(gè)正的溫度補(bǔ)償來提高溫度，由此制定以下的控制規(guī)則?？刂埔?guī)則如表3所示。6表3: 控制規(guī)則表根據(jù)規(guī)則庫設(shè)計(jì)的simulink模糊控制單元如圖12所示圖12: 模糊控制器結(jié)構(gòu)圖4. 精確化計(jì)算這里采用重心法進(jìn)行精確化計(jì)算。利用以下公式可求得溫度補(bǔ)償控制量：5 控制效果控制效果如圖13所示圖中曲線是模糊控制控制器控制的系統(tǒng)。由此可見，模糊控制后的系統(tǒng)上升時(shí)間減短，超調(diào)量微小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，系統(tǒng)響應(yīng)無波紋振動(dòng)

22、產(chǎn)生，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能明顯提高。7（u）uduU（2） （u）du*uuuu圖13: 模糊控制響應(yīng)曲線3.3 量化因子對(duì)系統(tǒng)的影響K1、K2、K3的選擇對(duì)系統(tǒng)性能的影響非常大。其作用是將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模糊集的論域 。K1、K2、K3大小實(shí)際上是意味著對(duì)系統(tǒng)誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度6。K1是將輸入變量誤差E從基本論域轉(zhuǎn)化為模糊子集論域內(nèi)數(shù)值的參數(shù)，調(diào)節(jié)K1的大小，選擇K1=1/20000, K2=1/20000, K3=736,控制效果如圖14所示，其中曲線1為模糊控制波形。選擇K1=1/200000,其他參數(shù)不變，控制效果圖如圖15所示。圖14: 改變量化因子K1的響應(yīng)曲線圖

23、15: 改變量化因子K1的響應(yīng)曲線由圖13、圖14、圖15可以知道K1越大系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間越長，并且超調(diào)量越大。8K2是將輸入變量誤差變化率dE從基本論域轉(zhuǎn)化為模糊子集論域內(nèi)數(shù)值的參數(shù)，調(diào)節(jié)K2的大小，選擇K2=1/100, K1=1/2000, K3=20,控制效果圖如圖16所示。圖16：改變量化因子K2的響應(yīng)曲線對(duì)比圖16與圖11可知，K2越大系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，超調(diào)量變大，調(diào)節(jié)時(shí)間加長。但過小若選擇K2=0，其響應(yīng)曲線如圖17實(shí)線所示，選K2=1/20000的響應(yīng)曲線如圖17虛線所示。由圖可以看出，K2過小，上升時(shí)間亦長。因此要選擇合適的值。圖17：改變量化因子K2的響應(yīng)曲線K3是將模糊子集論

24、域內(nèi)的輸出值轉(zhuǎn)化為溫度補(bǔ)償控制變量。選擇K1=1/2000, K2=1/20000, K3=700，其控制效果如圖18所示，選擇K1=1/2000, K2=1/20000, K3=800，控制效果如圖19所示。圖18：改變比例因子K3的響應(yīng)曲線96005040302010圖19：改變比例因子K3的響應(yīng)曲線由圖18和圖19可以知道K3影響系統(tǒng)的最終穩(wěn)定狀態(tài)，K3越大系統(tǒng)輸出值穩(wěn)定值越小。但K3越小系統(tǒng)輸出的穩(wěn)定值越大。因此系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差也隨K3變化，選擇合適的K3可以使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，通過調(diào)試得知，K3=736時(shí)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差為零。綜上分析，根據(jù)以上的結(jié)論，我們選擇合適的量化因子，經(jīng)過仿真最

25、終選定K1=1/80000、K2=1/20000, K3=736,其控制效果如圖20所示，可見已經(jīng)達(dá)到很好的控制效果。08070605040302010圖20：量化因子為K1=1/20000,K2=1/20000,K3=736時(shí)的響應(yīng)曲線4 史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì)4.1 增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器的原理由于傳統(tǒng)Smith預(yù)估是建立在精確的數(shù)學(xué)模型上的，當(dāng)實(shí)際狀況發(fā)生改變時(shí)，控制系統(tǒng)由于魯棒性能差而會(huì)引起振蕩。而精確溫度被控對(duì)象非常難以獲得，并且當(dāng)狀況發(fā)生變時(shí)，溫度被控對(duì)象的傳遞函數(shù)也就發(fā)生變化，即放大系數(shù)K或者時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間發(fā)生變動(dòng)，控制效果將大受影響，因此在此基礎(chǔ)上考慮引入了一種新的增益自適Sm

26、ith預(yù)估算法7。增益自適應(yīng)補(bǔ)償方案是1977年賈爾斯和巴特利在Smith方法的基礎(chǔ)上提出的。它在Smith模型之外加了一個(gè)除法器，一個(gè)導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)和一個(gè)乘法器。除法器是將過程的輸出值除以模型的輸出值。導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)中的Td= 即模型的純遲延時(shí)間，它將使過程與模型輸出之比提前時(shí)間進(jìn)入乘法器。乘法器是將預(yù)估器的輸出乘以導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)的輸出，然后10送到調(diào)節(jié)器。這三個(gè)環(huán)節(jié)的作用是要根據(jù)模型和過程輸出信號(hào)之間的比值來提供一個(gè)自動(dòng)校正預(yù)估器增益的信號(hào)，如圖21所示。U（s圖21：增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器原理圖在實(shí)際情況下，預(yù)估模型往往與真實(shí)對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的增益存在偏差，增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器起到了良好的補(bǔ)

27、償作用。若對(duì)象的增益由k增大到k+k，則除法器的輸出變?yōu)閗+kk，當(dāng)對(duì)象其他參數(shù)不變時(shí)，此時(shí)微分器的輸出也是k+kk。這樣乘法器的輸出中的增益部分就變?yōu)閗+k?？梢姺答伭恳沧兓薻，相當(dāng)于預(yù)估模型的增益變化了k，故在對(duì)象增益變化之后，預(yù)估器模型仍然可以得到完全補(bǔ)償。 4.2 增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器的設(shè)計(jì)對(duì)于本文的傳感器的溫度被控對(duì)象，不能夠建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此在本例溫度控制系統(tǒng)中采用傳統(tǒng)Smith預(yù)估器控制效果并不是很好，為了解決單純使用模糊控制器的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器。根據(jù)增益自適應(yīng)史密斯預(yù)估器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)如圖22所示。根據(jù)圖4-1然后調(diào)節(jié)K1=1/20, K2

28、=1/100, K3=40時(shí)其控制效果如圖23所示。11Polynomial1 圖22：帶有增益自適應(yīng)Smith預(yù)估的模糊控制結(jié)構(gòu)圖圖23：帶有增益自適應(yīng)Smith預(yù)估的模糊控制響應(yīng)曲線由圖可知，采用增益自適應(yīng)Smith預(yù)估控制后，系統(tǒng)無超調(diào)產(chǎn)生。且消除了圖20中的跳變。采用增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器也可以達(dá)到非常好的控制效果。5 仿真與分析前面研究了模糊控制和增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器在溫度控制系統(tǒng)中的使用，但由于實(shí)際溫度被控對(duì)象受到的干擾頻繁，為此我們必須研究采用模糊控制和增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器對(duì)系統(tǒng)魯棒性能的影響。5.1 仿真本節(jié)就控制系統(tǒng)的抗干擾性進(jìn)行仿真研究。在脈沖干擾下，帶有預(yù)估器的模糊控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)如圖24所示，不帶有預(yù)估器的模糊控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖25所示。圖24：脈沖干擾下帶有預(yù)估器的模糊控制響應(yīng)曲線圖25：脈沖干擾下不帶有預(yù)估器的模糊控制響應(yīng)曲線12可以看出采用Smith預(yù)估器控制系統(tǒng)的魯棒性并沒有因加入Smith預(yù)估器而變差。由此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該采用帶有增益自適應(yīng)Smith預(yù)估器的模糊控制方式 。5.2 結(jié)論上文研究了模糊控制在溫度被控對(duì)象中的使用，從單純使用模糊控制的效果來看，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到很大的提高。但是從圖20中可以看出系統(tǒng)仍