用STM32F407玩控制—史密斯预估补偿控制

史密斯预估补偿控制的原理如图1所示，图1中传递函数Ksgs(s)称为预估补偿器（这个图来自网络，文献可以看金以慧《过程控制》），从原理上说，要使Ksgs(s)=Kpgp(s)(1-exp(-τd*s))，这样闭环传递函数G(s)=KpGc(s)gp(s)exp(-τd*s)/(1+KpGc(s)gp(s))，这时，特征方程中不再包含延滞项，也就是说，控制系统的调节品质不再受到时间延滞的影响，当然，这是理论上的，实际上，我们无法正确辨识出过程对象的数学模型Kpgp(s)exp(-τd*s)，况且，过程对象可能是非线性的或者是时变的，例如，随着设备的老化，过程对象模型无可避免的会发生变化，在蒸汽加热系统中，疏水器性能的变差，就会导致过程对象模型发生变化，蒸汽中含水量也会引起过程对象模型发生变化，这些都不一而足，而恰恰史密斯预估补偿控制对模型误差十分敏感，因而有了各种改进型，其中一种是增益自适应补偿方案，如图2所示，它增加了一个除法器、一个微分导前环节和一个乘法器，在这种方案中，就是模型有误差，控制效果仍然较好，见图2，  通常来说，模型不准的情况下，预估器中时间延滞要小一些，小的物理含义是提早通知调节器。由于过程控制中通常将过程对象近似为一阶系统加纯滞后环节，那么在STM32F407上实现史密斯预估补偿控制，需要做：1.仿真一个一阶系统环节，2.仿真一个纯滞后环节，3.仿真一个微分导前环节，一阶系统环节仿真前面已经说过，这里略去，纯滞后环节可以用个队列来实现，并且是用旋转队列来实现，这样，1则降低时间复杂度，2则也略微减少了代码，微分导前环节将其转换为差分方程，再进行数值仿真，这个前面也讲过，不展开了。STM32F407上实现的增益自适应补偿方案控制效果如图3和图4所示，被控对象是个大纯滞后系统，图3是没干扰情况下的控制响应，图4是有干扰情况下的控制响应，很明显有干扰时控制效果差了许多，而图3中控制效果极好，响应速度快、无超调，简直完美无缺。