[发明专利]一种基于Smith-PID的供暖锅炉温度控制方法

权利要求书

1.一种基于Smith-PID的供暖锅炉温度控制方法，其特征在于：控制器的传递函数为D(s)，被控对象即锅炉炉膛系统的传递函数为G_P(s)e^-τs，τ为纯滞后时间常数，s为时间变量；被控对象中不包含纯滞后部分的传递函数为G_P(s)，被控对象纯滞后部分的传递函数为e^-τs；带Smith补偿的PID温度控制系统由控制器D(s)和Smith预估器组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，纯滞后补偿器的传递函数为：

经补偿后系统的闭环传递函数为：

与之相比，未补偿的系统闭环传递函数为：

由此可知经过补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，因为式子中的e^-τs在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性；拉氏变换的位移定理说明e^-τs仅仅将控制作用在时间座标上推移了一个纯滞后时间τ，而温度控制系统的过渡过程及其它性能指标都与对象特性为G_P(s)时完全相同。

2.根据权利要求1所述的一种基于Smith-PID的供暖锅炉温度控制方法，其特征在于：基于Smith-PID的纯滞后补偿的数字控制器由两部分组成：一部分是数字PID控制器；一部分是Smith预估器；滞后环节使信号延迟，为此，在内存中专门设定N个单元作为存放信号m(k)的历史数据，存储单元的个数N由下式决定；

N＝τ/T

式中，τ为纯滞后时间常数，T为采样周期，k为时间变量；每采样一次，把m(k)记0单元，同时把0单元原来存放数据移到1单元，1单元原来存放的数据移到2单元，依此类推；从单元N输出的信号，就是滞后N个采样周期m(k-N)信号。

3.根据权利要求1所述的一种基于Smith-PID的供暖锅炉温度控制方法，其特征在于：Smith预估器的输出中，u(k)是PID数字控制器的输出，y_τ(k)是Smith预估器的输出；先计算传递函数G_P(s)的输出m(k)，计算预估器的输出；先计算传递函数G_P(s)的输出m(k)后，才能计算Smith预估器的输出。

4.根据权利要求3所述的一种基于Smith-PID的供暖锅炉温度控制方法，其特征在于：基于Smith-PID的供暖锅炉温度滞后补偿控制算法步骤如下：

1)计算反馈回路的偏差e₁(k)；

2)计算纯滞后补偿器的输出y_τ(k)；

3)计算偏差e₂(k)；

4)计算控制器的输出u(k)。