換熱站溫度主要特點是時變性、大滯后性，對于大滯后系統，PID控制效果并不好，需要另加補償，因此提出了Smith預估補償控制系統。而 Smith 預估算法則在模型匹配時具有好的性能指標 ,但是由于這種算法嚴重依賴模型的精確匹配 ,而在實際中這是很難做到的 ,特別是針對時變的換熱站溫度控制系統。當模型失配時,Smith 預估算法就難以取得良好的控制效果。本文研究了Smith模糊PID智能控制器的設計，該方法將模糊PID與Smith預估控制方案相結合，從而提高了控制系統的穩定性和魯棒性。

1．Smith預估器

Smith預估器是O.J.M. Smith[1]提出的一種純滯后補償辦法。Smith預估器結合對象模型對對象變量進行預估，將純滯后移到閉環之外，然后將被控對象作為無滯后的對象進行控制器的設計。

該結論是在以下的條件下得出的：

 

由式(1.1)看出，Smith預估器從理論上消除了滯后因子 對系統穩定性的影響。對應的等效帶純滯后補償的調節器為：

 

2模糊PID控制

2.1模糊控制器

模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的計算機智能控制【2】，其基本原理如下圖2所示。它的核心部分為模糊控制器，控制規律由計算機的程序實現。微機經中斷采樣獲取被控制量的精確值，與給定值比較得到誤差信號e，再進行模糊化變成模糊量E。模糊量可用相應的模糊語言表示，得到誤差E的模糊語言集合的一個子集^e(^e 是一個模糊量)，再由^e和模糊控制^R規則 (模糊算予)根據推理的合成規則進行模糊決策，得到模糊控制量^u為：

為了對被控對象施加精確的控制，還要將模糊量轉換為精確量，得到精確的數字控制量后，經數模轉換，變為精確的模擬量后送給執行機構，對被控對象進行控制。

PID參數模糊自整定是找出P、I、D3個參數與e和ec之間的模糊關系，在允許中通過不斷檢測e和ec，根據模糊控制原理來對3個參數進行修改，以滿足不同e和ec時對控制參數的不同要求，而使被控對象有良好的動、靜態性能。

本文采用的模糊控制規則如下表所示：

2.3 .Smith模糊PID控制

3．換熱站溫度控制系統仿真研究

本文中的被控對象——換熱站溫度控制系統可用純滯后環節和一階慣性環節來近似描述，換熱站溫度控制系統的動態特性可以取為[3]：

根據以上控制器的設計，得到換熱站溫度控制系統的Simulink仿真圖如下圖5所示：

3.1.模型匹配時

在Smith預估器模型參數和對象模型參數一致時，采用Smith模糊PID控制器、模糊PID控制器對系統進行仿真，響應曲線如圖6所示（1—Smith模糊PID控制器，2—模糊PID控制器）。從仿真結果可以看出，使用用Smith模糊PID控制器的系統與使用模糊PID控制器的系統相比，無超調量，調節時間短。

4結論

基于Smith預估模糊PID控制的換熱站溫度控制系統，消除了以往控制難以解決的問題，有效解決了換熱站溫度的大滯后性、非線性等難題，減少了換熱站溫度的波動，實現了換熱站溫度的精確控制。現場運行表明該控制方法具有動態性能好、穩態精度高、以及魯棒性好的優點。可廣泛用于其它時變、時滯、非線性的復雜工業過程[4]。

參考文獻:

[1] O. J. M. Smith, Closer control of loops with delay time  [J ]. ISA,1959,63(2):28-33.  

[2]æ–°åž‹PID控制及其應用，[M]陶永華 主編 機械工業出版社 第二版  2002.9　160-170

[3]Smith自適應模糊PID控制控制算法的研究及仿真 【J】張明光 王鵬 王兆剛  ç”˜è‚…科學學報2008.03 

[4]基于Smith模糊PID控制的加熱器溫度控制系統 【J】王春艷 控制系統 2012（6）