[科普中国]-Smith预估控制

基本概念滞后

滞后是指一个事物的出现或发展比预计的时间晚，或比相关联的其他事物的出现或发展晚。滞后有因停滞或阻滞而落后的意思。

在控制理论中，滞后指在时间上被控变量的变化落后于扰动变化，是一种十分常见的现象。因为在实际工业生产中，控制通过往往不同程度的存在滞后情况1。见时滞控制系统。

一般将控制系统中的滞后分为容量滞后和纯滞后。

纯滞后纯滞后是指，在物料、能量或信号传输过程中由于传输速度有限而产生的延迟。一般纯滞后就是指由传输速度限制导致的滞后。带纯滞后环节的控制系统如下图所示。

史密斯预估控制史密斯预估控制是一种纯滞后补偿控制，其通过引入一个和被控对象并联的补偿器对纯滞后进行削弱和消除。史密斯预估器的引入如下图所示2。

应用与意义实际预估器从现实的操作出发，实际上的史密斯预估器通常不是并联在被控对象上的，而是反向并联在控制器上的，如下图所示。

应用效果经过史密斯预估器的补偿，纯滞后环节被转移到了闭环控制回路之外，因而不会对系统产生不利影响。由拉氏变换的位移定理可知，纯滞后特性只是将原输出信号推移了时间，不会改变输出信号的波形和性能表现。

意义在工业过程中，被控对象或多或少存在一定的纯滞后特性，纯滞后特性往往使系统稳定性降低，动态性能变坏，可能引起超调和振荡；史密斯预估器的引入很好的补偿了大迟延对象的纯滞后特性，提高了系统的稳定性和动态性能。对于以稳定性为首要要求、快速性为次要要求的系统，史密斯预估器十分有效。