（14）已知某串级控制系统在4:1衰减比的条件下测得过程的参数为?1s?8%，?2s?42%，
T1s?120s，T2s?8s，若该系统的主调节器采用PID调节规律，副调节器采用P调节规律。请采用
两步整定法求主、副调节器的整定参数。
答：
按4∶1衰减比的条件下测得的数据，由衰减曲线法参数计算公式表得： 副调节器采用P调节规律，查表得：?2=?2S=42%
主调节器采用PID调节规律，查表得：?1=0.8?1S=64% ，TI=0.3T1S=3min，
TD=0.1T1s=1min
2．综合练习题
（1）已知某一前馈-反馈控制系统，其过程控制通道的传递函数为
干扰通道的传递函数为
G0(s)?K0e??s
(T01s?1)(T02s?1)0Gf(s)?Kf(Tfs?1)(T02s?1)e??fs
试写出前馈调节器的传递函数，并讨论其实现的可行性。 答： 有已知的：
Gb?s???Gf?s?G0?s? （6-1）
要求?f??0，分子阶次不高于分母阶次，这样才能物理上实现。
（2）在Smith预估控制方案中存在的主要问题是什么？目前有哪些改进方案？ 答：
1）从史密斯预估控制的原理可知，预估器模型完全取决于被控过程的特性。如果被控过程的特性不能精确得到则难以获得预期的控制效果。
2）目前改进方案有：增益自适应预估控制；动态参数自适应预估控制。
（3）一个带有Smith预估器的系统如图6-5所示，在干扰F(s)发生变化时，预估器能否消除大纯滞后对系统的不利影响？为什么？
图6-5 史密斯预估控制实施框图
答： 1）可以。
2）因为史密斯预估控制的闭环特征方程式中已没有e了纯滞后对系统稳定性的影响。
（4）在图6-3所示的温度-流量串级控制系统中，如果进料流量F波动较大，试设计一个前馈-串级复合控制系统，已知系统中有关传递函数为：
??s项。换句话说，该系统与原系统相比已消除
KfeK01e??sG01(s)? G02(s)?K02 Gf(s)?
(T01s?1)(T02s?1)Tfs?10??fs试画出此复合控制系统的传递函数方框图，并写出前馈调节器的传递函数，讨论其实现的可能性。 答：
复合控制系统的传递函数方框图如图6-6所示：
图6-6 复合控制系统的传递函数方框图
前馈调节器的传递函数：
GB(s)??
Gv?s?G02?s?G01?s?Gf?s???Kfe??fs?T01s?1??T02s?1?K01K02e??0s?Tfs?1?Gv?s???Kf?T01s?1??T02s?1?K01K02?Tfs?1?Gv?s? （6-2）
????se?f?0实现的可能性： a）要求?f>?0
b）分子阶次不高于分母阶次，这样才能物理上实现。 （5）已知系统被控过程的传递函数为
K0e??se?10s G0(s)??T0s?1(5s?1)2可以求得史密斯预估控制器的传递函数为
Gs(s)?1(1?e?10s) 2(5s?1)试用MATLAB语言编写程序，分别对PID控制系统和带有史密斯预估器的控制系统进行仿真，画出其仿真波形，并比较它们的控制性能。
答： 主程序 clc clear
G1 = tf(1,conv[5 1],[5 1]); tau1 = 10;
[np,dp] = pade(tau1,2); Gp = tf(np,dp); G = G1*Gp; [K T tau] = kttau(G);
[Gc4 Kp Ti Td] = cc01(4,[K T tau]); Gcc4 = feedback(G*Gc4,1); set(GCC4,'Td',tau1); step(Gcc4,'g'); hold on;
[y1 t] = step(Gcc4);
disp('显示PID控制系统的阶跃响应超调量sigma_1、峰值时间tp_1、调节时间ts_1'); [sigma_1,tp_1,ts_1] = perf(1,y1,t); Gcc5 = feedback(G1*Gc4,1); set(Gcc5,'Td',tau1); step(Gcc5,'b');
legend('PID','SMITH PID'); 显示结果仿真图如图6-7所示：
图6-7 系统仿真结果图
讨论控制性能：
由仿真图可知，带有史密斯预估计PID控制系统的阶跃响应曲线控制效果明显比单纯的PID控制有明显的改善，超调越小，调节过程加速。 3．设计题
（1）已知e??s的帕德一阶近似式和帕德二阶近似式分别为
e??s1?1??2s
?2s和
e??s1?1??2s?s??22s2
?2?22s2试用上述二式分别讨论史密斯预估控制的实现方案。 答：
1）帕德一阶史密斯预估控制的实现方案 有已知得：
?1?s2G(s)? 0?1?s2由此可得预估器Gs(s)的传递函数式（6-4）
（6-3）
?s??s2(1?e??s)G(s)?G(s)(1?e)?0 s （6-4）
?1?s21?
