Research on large time-delay system based on online identification of Smith predictive control

工业过程中普遍存在大时滞对象,为解决大滞后复杂系统因无法建立精确数学模型而难于控制的问题,将史密斯(Smith)预估控制原理和在线辨识方法结合起来,在Smith预估控制系统中,用系统辨识的模型代替传统预估补偿模型,根据最小二乘辨识算法辨识模型的各个参数,提出了Smith在线辨识预估控制算法;针对二阶加纯滞后对象在滞后时间有/无建模误差进行了仿真研究.研究结果表明,Smith在线辨识预估控制的性能指标和鲁棒性有很大的改善.     

Smith预估器与观测器结合的补偿控制在时滞系统中的应用

在工业过程中,控制的对象通常具有滞后环节。对于大滞后的被控对象而言,Smith预估补偿控制可以提供很好的控制品质,但前提是必须提供精确的数学模型。为了解决模型失配时Smith预估控制效果不理想这一问题,文章提出了Smith预估器与状态观测器结合的补偿控制策略,通过Smith预估器抵消闭环特征方程中出现的时滞项,利用状态观测器提高了系统的响应速度和系统的稳定性,仿真结果表明该方法的有效性。     

多温区电加热炉温度控制算法的研究与应用

针对多温区电加热炉大时滞、时变性强、强耦合和对象模型难以确定等特点,提出一种基于继电辨识模型的PID自整定算法,该法将Smith预估算法、继电辨识和模糊控制相结合,用继电反馈法在线辨识出Smith预估所需要的对象模型,并整定出控制器PID的初始值,在此基础上,对系统进行Smith预估补偿的同时利用模糊控制在线修正PID参数.经实验证明将该算法运用于多温区电加热炉的温度控制中是合适的,可获得很好的控制精度和鲁棒性.     

串级-Smith预估控制在温度大滞后系统中的应用

在工业过程中，大滞后系统普遍存在。文章以一实验用加热装置为研究对象，针对该温度控制系统具有大滞后的特点，采用串级控制结构结合Smith预估控制器的控制方案。内环采用Smith预估器，大幅度降低滞后对控制系统动态性能的影响；外环采用PI控制实现系统无静差。实验表明，该种控制系统与单回路PID控制或Smith预估控制相比具有更优的动态特性和鲁棒性。     

基于结构改进Smith预估单神经元PSD的长时延NCS研究

针对长时延网络控制系统（NCS）中存在时延和被控对象等问题,提出了一种新型结构改进Smith预估单神经元PSD控制器.新型控制器由结构改进Smith预估器和单神经元PSD控制器组成,结构改进Smith预估器通过对传统Smith预估器模型结构上的改进,避免了建立网络时延的预估模型,无需对网络时延进行在线测量、估计或辨识,补偿了网络时延对系统的性能带来的影响;单神经元PSD控制器解决了结构改进Smith预估器的模型失配问题,通过Matlab环境下的TrueTime工具箱对NCS进行仿真实验,并对传统PID控制方法、结构改进Smith预估PID控制方法和结构改进Smith预估单神经元PSD控制方法进行了仿真比较.研究结果表明,该新型控制器有效地补偿了网络时延对NCS的性能带来的影响,在模型失配情况下具有良好的鲁棒性和适应性,是对长时延NCS-种可行且有效的控制方法.     

一种改进Smith预估绞吸挖泥船产量控制方法研究

以绞吸挖泥船模型实验台为研究对象,改进传统Smith预估器,提出一种参数辨识的模糊Smith预估控制方法,改进后的Smith方法能使预估器的参数迅速跟踪并收敛于实际对象参数。仿真结果表明,该方案增强了系统的鲁棒性和适应性,克服了传统Smith预估器的缺点,对绞吸挖泥船横移自动化研究具有参考价值。     

纯滞后系统的Smith预估器算法

大滞后大惯性对象的控制一直是理论上得到重视但又没有得到充分解决的问题。Smith预估器是用于大滞后犬惯性对象的有效设计方法．但是在传统的控制方式中要得到应用的限制很多。本文在对系统的稳定性和动态性能分析的基础上．提出了一种简单实用的Smith预估器的控制算法。理论分析和仿真计算表明．该方法能使闭环系统具有较好的动态性能和稳定性。     

基于Smith模糊PID控制算法的炉温控制系统

针对电加热炉温度控制系统,研究了Smith模糊PID复合控制方法.该控制方法利用Smith预估算法克服纯滞后,利用模糊控制来提高系统的鲁棒性,利用PID控制来提高稳态精度.在模型匹配和失配情况下进行了仿真研究,结果表明复合式控制器具有良好的稳定性和鲁棒性.实际运行结果也表明,对于大时间滞后的电加热炉温控系统是一种实用而简便的控制方法.     

基于改进型Smith预估器的同步施工网络控制系统

根据同步施工网络控制系统的控制原理,分析了时变、随机和不确定的网络时延对同步误差控制所产生的影响。针对传统Smith预估器用于多被控对象同步控制时存在的缺陷与不足进行了分析,提出了一种改进型Smith预估器,实现了对网络时延、被控对象纯滞后因子以及同步误差控制器的多重Smith预估补偿,将其从内部反馈回路中彻底消除,预估模型无需预估与在线测量其大小与变化规律。通过基于控制器局域网络(controller area network,简称CAN)的盾构管片拼装机同步网络控制系统,对常规比例积分微分(proportion integral derivative,简称PID)同步网络控制和基于改进型Smith预估器的PID同步网络控制性能进行了仿真对比分析,并通过实验进行了验证。结果表明,常规PID网络控制同步误差为-3～3mm,基于改进型Smith预估器的PID网络控制同步误差为-1.5～1.5mm,后者可显著提高同步施工网络控制系统的同步控制性能与精度。     

Smith预估滑模控制在时滞系统中的应用

时滞现象普遍存在于实际控制系统中,给系统控制增加了难度。本文针对含有纯滞后的被控对象,提出一种基于低通滤波的Smith预估滑模控制方法,采用Smith预估器补偿纯滞后环节,引入滑模控制方法提高控制的鲁棒性。同时,针对滑模控制固有的抖振特性,采用低通滤波器对控制信号进行滤波,得到平滑的控制信号。仿真结果表明,基于低通滤波的Smith预估滑模控制方法在时滞系统的控制效果较常规PID控制方法响应速度更快,超调更小。     

Digital redesign of analog smith predictor for systems with input time delays

This paper presents a new methodology for digitally redesigning an existing analog Smith predictor control system, such that the cascaded analog controller with input delay can be implemented with a digital controller. A traditional analog Smith predictor system is reformulated into an augmented system, which is then digitally redesigned using the predicted intersampling states. The paper extends the prediction-based digital redesign method from a delay free feedback system to an input time-delay cascaded system. A tuning parameter v is optimally determined online such that in any sampling period, the output response error between the original analogously controlled time-delay system and the digitally controlled sampled-data time-delay system is significantly reduced. The proposed method gives very good performance in dealing with systems with delays in excess of several integer sampling periods and shows good robustness to sampling period selection.     

隐式广义预测自校正控制算法及其在氯化聚乙烯生产中的应用研究

广义预测控制具有柔化作用、多步预测、滚动优化和在线自适应校正等优点,能直接处理具有大滞后和不确定性的工业对象。该文采用隐式广义预测自校正控制算法,并将其应用于氯化聚乙烯生产控制中,仿真结果表明,该算法适用范围广,提高了控制精度。     

带积分的模糊Smith预估器在电加热温度控制中的应用

传统的smith预估器是解决大纯滞后系统控制的有效方法,但它依赖于被控对象精确的数学模型,使应用受到了限制。带积分的模糊smith预估器兼有前者的特性,又不依赖于对象精确的数学模型,且有较强的鲁棒性。论文给出了设计方法及在电加热炉中的应用结果。     

电子封装模具恒温控制系统的设计与实现

针对温度控制系统的纯滞后的特点,根据电子封装模具温度精确控制的需要,提出了基于Smith预估器和模糊自适应PID控制器的温度控制系统的设计方法。首先,根据阶跃响应建立被控对象的数学模型,然后在被控对象的数学模型的基础上设计出Smith预估器;其次,建立Mamdani模糊模型,实时对增量PID控制器的3个参数进行修正;最后,实现电子封装温度控制的硬件系统和软件系统的设计。该设计解决了纯滞后对控制系统稳定性的不良影响,大大提高了温度控制的精度,并且基于此种方法的硬件系统和软件系统也易于实现,可靠性高,鲁棒性好。     

基于Smith预估补偿的连铸结晶器液位控制策略

连铸结晶器液位控制系统具有非线性、强耦合和纯滞后等特点,且扰动因素较多,因而传统控制方案难以获得满意的效果。通过研究基于Smith预估补偿的非线性PID控制策略,在对连铸结晶器液位控制系统的辨识模型进行MATLAB仿真分析的基础上,将该控制策略应用于生产实践。结果表明:该控制策略能够明显地改善控制系统的动态品质和抗干扰性能,取得了较好的应用效果。     

Deep learning-based smith predictor design for a remote grasping control system

In this study, a robotic hand control system was designed based on data gloves, aiming to provide more intuitive control and improved operational performance for a remote robotic hand. Compensation measures were proposed for the time lag effect on the remote-control system to address the input and feedback time delays of the remote robot system. A Smith predictor structure was modified by replacing the linear estimator with a recurrent neural network. A convolutional neural network was applied to the long short-term memory (LSTM) model, as it had a better convergence time and learning performance than the multi-layer perceptron model during training. The experimental results demonstrate that the control effect of this scheme is approximately 0.5 s faster than the normal Smith predictive control, proving its effectiveness.

     

基于数据手套驱动的虚拟机器人操作技术

虚拟机器人是机器人遥操作系统基本框架中不可或缺的一部分 ,是解决信号传输中的大时延 ,实现预测显示技术的关键之一。本文首先分析了引起时延的各种因素 ,提出采用预测预演控制方式结合虚拟现实的人机交互方法进行控制可以解决时延对系统可操作性的影响 ,同时探讨了利用数据手套实现虚拟机器人的操作技术 ,试图寻找一种更自然、更易让人接受的虚拟机器人控制方式 ,建立了一套基于数据手套驱动的虚拟机器人Puma5 6 0操作实验系统。实验结果表明 ,通过数据手套的手势输入和识别 ,可以实现操作者对虚拟机器人方便快捷的操作控制 ,是一种人性化的人机交互方法。     

Adaptive predictive functional control of a class of nonlinear systems

This paper describes the use of pseudo-partial derivative (PPD) to dynamically linearize a nonlinear system, and aggregation is applied to the predicted PPD, resulting in a model-free adaptive predictive control algorithm for a nonlinear system. The algorithm design is only based on the PPD derived online from the input/output data of the controlled process, however it does provide bounded input/output sequence and setpoint tracking without steady-state error. A detailed discussion on parameter selection is also provided. To show the capability of the algorithm, simulations of a time-delay plant and a pH neutralization process show that the proposed method is effective for system parameter perturbation and external disturbance rejection.