Smith预测器结合PID控制器

Smith预测器概述

Smith预测器（Smith Predictor）是一种经典的控制策略，用于解决系统中固定延时对闭环控制系统性能的负面影响。它通过引入被控对象的预测模型来补偿延时，从而让控制器“看到”系统的实时响应，改善动态性能。

该方法由 O.J.M. Smith 在 1957 年提出，是一种基于模型的延时补偿方法，特别适合具有固定时间延迟的线性系统。

Smith预测器的基本思想

延时系统的传递函数通常表示为：

1. 反馈滞后，控制器无法及时感知实际输出。
2. 增加系统的难以控制性，可能导致震荡甚至不稳定。

Smith预测器通过引入被控对象的数学模型，将延时部分与无延时部分分离，控制器只针对无延时模型设计，从而实现延时补偿.

Smith预测器的工作机制

Smith预测器的核心结构包括：

1. 被控对象的无延时模型 G(s)：用于预测系统在无延时情况下的输出。
2. 延时部分 e−Ls：用来计算系统的延时信号。
3. 反馈补偿：通过延时部分和预测模型的结合，重构控制器所需的反馈信号。

Smith预测器的反馈路径主要包括两部分：

1. 无延时模型的预测输出，提供控制器所需的“即时”反馈信号。
2. 延时输出与预测输出的误差补偿，用来修正预测模型的偏差。

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Smith预测器的结构图

Smith预测器的典型结构如下：

                +-----------------+
 Setpoint ----->|  Controller     |----------------+
                +-----------------+                |
                          |                        |
                     +----------+                  |
                     | No-delay |   +----------+   |
                     | Model G(s)|--| Delay e^-Ls|  |
                     +----------+   +----------+   |
                          |                        |
                          +------------------------+
                                           |