SmithPID算法在恒压供水中的应用

李明珠 占永宁 张守兴

摘要：针对恒压供水控制系统非线性、大滞后等问题，提出了一种基于Smith预估器的PID控制算法。采用Smith预估器消除纯滞后特性带来的影响，提高系统的稳定性，加快调节过程。通过Simulink建模仿真，基于Smith PID算法的控制效果明显好于传统的PID控制，具有调节时间短，超调量小的特点。

关键词：恒压供水；Smith控制；PID控制

中图分类号：TP31 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）22-0290-01

城市供水系统管网分布范围广、铺设复杂、弯管多、具有大滯后、非线性及参数时变等特点[1]，采用传统的PID控制很难达到满意的效果。在过程控制中，对象的纯滞后特性常引起系统产生超调或者振荡，Smith于50年代末针对连续系统提出了一种纯滞后的补偿算法，后来得到了广泛的研究和应用[2]。

1 Smith PID控制原理

为了解决恒压供水中纯滞后问题，提出了结合Smith预估补偿和常规PID的控制系统，其系统结构如图1所示。

其基本思想是在反馈控制中加入Smith预估器，把被延迟的被控量提前回馈到控制器，让控制器提前动作，其作用可以减小超调量，加快控制过程。

2 恒压供水模型

3 系统仿真分析

在 simulink [4]中建立仿真图，如图2所示。分别采用常规PID控制、Smith PID控制对被控对象进行阶跃输出。在常规PID控制中，通过Ziegler-Nichols法整定PID参数得，Kp=57.6，Ki=19.2， Kd=43。

图3为阶跃响应效果图，从中可看出，Smith PID控制比常规PID算法具有更好的动态和静态控制性能，这表明Smith PID是一种行之有效的控制算法。

4 结语

针对纯滞后系统，Smith PID控制算法十分有效，且Smith PID算法简单方便、便于实现。但Smith算法依赖于精确模型，当控制对象参数发生变化时，Smith算法控制效果不太理想，可以引人模糊PID控制，克服Smith预估补偿环节鲁棒性差的弱点，实现参数的自适应调整。

参考文献：

[1]尹超，李茂军，张静. 变频恒压供水系统的Smith预估复合控制[J]. 电机与控制应用， 2013，40（4）58-61.

[2]王耀南，刘治. 智能PID控制器在工业对象中的应用[J]. 自动化仪表，2001.22（5）：23-25.

[3] 田思庆，程佳生. 自适应模糊控制在恒压供水系统中的应用研究[J]. 自动化技术与应用，2008，27（2）：40-42.

[4]刘金琨. 先进PID控制MATLAB仿真[M]. 北京：电子工业出版社，2016.

【通联编辑：梁书】