增益自适应Smith预估补偿控制是在Smith补偿模型之外另加一个除法器，一个一阶微分环节（识别器）和一个乘法器。

    除法器是将过程斩输出值除以预估模型的输出值；识别器中的微分时间Td=τp，它将使过程输出比估计模型输出提前τp的时间进入乘法器，乘法器将预估器输出乘以识别器输出后送入控制器。这三个环节的作用是根据预估补偿模型和过程输出信号之间的差值，提供一个能自动校正预估器增益的信号。

    在理想情况下，当预估器模型与真实对象的动态特性完全一致时，图中除法器的输出是1，所以输出是也是1，此时即为Smith预估补偿控制。

    在实际情况下，预估器模型往往与真实对象的动态特性的增益存在着偏差，增益自适应补偿控制能起自适应的作用。因为从补偿原理可知，若广义对象的增益由Kp增大到Kp+△K，则除法器的输出A/B=（Kp±△K）/Kp，假设真实对象动态参数不变，此时，识别器中微分项不起作用,因而识别器输出也是（Kp±△K）/Kp。这样，乘法器输出变为（Kp±△K）Gp(s),可见反馈量也变化了△K，相当于预估模型增益变化了△K，故在对象增益变化△K后，仍能完全补偿。

3．电加热炉建模分析
    1）电加热炉结构：
    电加热炉本身用上、下两组炉丝进行加热，用上、下两组热电偶检测炉内温度，此电加热炉为一双输入双输出的受控对象。

    2）控制要求：
    实验室用电加热炉，温度范围在200~500℃范围之内,要求温度从室温上升到规定温度后长期稳定在规定温度范围内,其温差要求最好不超过±2℃。

    3）建立模型：
    1.用阶跃响应法近似确定电加热炉的连续模型
当在电加热炉输入端加一阶跃信号μ(t)=4V时,对其输出端温度信号y进行采样,绘制图形。采样周期为30s。实验系统框图如图2所示。

    2.用最小二乘法确定电加热炉的精确数学模型
    经过计算，可以比较接近实际的得出电加热炉的数学模型为故Smith预估器模型选用

4．仿真结果
    对象特性变化;对象特性变化后;PID控制器传递函数为Gc(s)= (80s²+10s+0.5)/(20s+0.1); 经过Matlab仿真实验，可以得出结果，如图4、图5、图6所示。

图4  传统方法对象变化前响应曲线


图5  传统方法对象变化后响应曲线
 

图6 新型Smith预估器在对象特性变化
前后的响应曲线

5．结束语
    从仿真实验可以看出，在对象特性的增益发生变化时，PID控制和Smith预估控制的阶跃响应曲线都在不同程度上变化比较大，包括超调量和过渡时间都发生了变化。但是，通过本系统所采用的增益自适应Smith预估控制方案，在对象增益Ko值发生比较大的变化时，超调量也只是小幅变化，过渡时间基本保持没有太大的变化，调节品质基本符合要求。对于本系统，为了保证超调量不至于太大，应把Smith预估器模型的增益Ko'设置成对象增益的变化范围的上限，这样可以有效抑制超调。另外，有实际实施过程中，本系统所采用的自适应Smith预估控制对其它对象参数如迟延时间τ和惯性常数Td也有一定的适应能力。为了更进一步改进控制效果，可以考虑在原有设计的基础上，增加一个PID模块的参数在线调整功能，使PID参数最优化，从而更好的实现对温度的调节。