【正文】 環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)。非時(shí)滯變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的研究己形成較完整的理論體系，而時(shí)滯變結(jié)構(gòu)控制理論是一個(gè)具有潛力的研究方向。其中較為有名的是提出的改進(jìn) Smith 預(yù)估模型，對(duì)主反饋通道傳遞函數(shù)中的濾波時(shí)間常數(shù)進(jìn)行模糊整定。模糊算法在時(shí)滯系統(tǒng)中的應(yīng)用大致有以下幾個(gè)方面 [4]:l)模糊 Smith 控制控制器，它一般是由 Smith 預(yù)估器解決對(duì)象的時(shí)滯問題，模糊控制器控制對(duì)象的大慣性環(huán)節(jié) 。在辨識(shí)方面，用于辯識(shí)系統(tǒng)的參數(shù)和滯后時(shí)間 ,在控制方面，主要有模型參考自適應(yīng)控制和預(yù)測(cè)控制。另一種是在參數(shù)整定上的改進(jìn)，這種方法將 項(xiàng)通過泰勒多項(xiàng)式展開用魯棒性能指標(biāo)及其他的指標(biāo)函數(shù)對(duì)控制器進(jìn)行解析設(shè)計(jì)， 或者對(duì)其中的控制參數(shù)進(jìn)行魯棒調(diào)整，還有的方法是對(duì) Smith 預(yù)估系統(tǒng)的反饋傳遞函數(shù)進(jìn)行改進(jìn) ,以增強(qiáng)它的魯棒性和穩(wěn)定性。在工業(yè)過程控制中大多采用 PID 控制，其優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)、魯棒性好間?；谀Ｐ偷姆椒ㄓ?smith 預(yù)估補(bǔ)償控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)報(bào)控制、預(yù)測(cè)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制等。此外大滯后會(huì)降低整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此大滯后過程控制一直備受關(guān)注。在純滯后過程中，由于過程控制通道中存在的純滯后，使得被控量不能及時(shí)反映所承受的擾動(dòng)。 改進(jìn)型 Smith算法不僅能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且振蕩次數(shù)少，收斂速度快。 本文研究的重點(diǎn)是 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 適用于燃燒控制過程的控制規(guī)律和控制算法 。而且由于近年來爐膛改 造，爐膛容積增大，使得控制系統(tǒng)主副被控對(duì)象均存在較大的時(shí)間滯后。 （ 二 〇 一 一 年 六 月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 基于改進(jìn)型 Smith 控制的加熱爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 摘 要 大遲延對(duì)象的控制一直是控制領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)問題。 對(duì)于無滯后或滯后比較小的系統(tǒng)，通常采用 PID控制。具體討論了純滯后系統(tǒng)的 Smith預(yù)估器及工程 實(shí)現(xiàn)方法，著重對(duì)這種控制算法進(jìn)行了較深入的討論，并提出了一種 改進(jìn)型 Smith預(yù)估 控制器 ，該控制器把自適應(yīng)控制 與史密斯預(yù)估器有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)的參數(shù)自整定，而且還通過仿真對(duì)設(shè)計(jì)和改進(jìn)的結(jié)果進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞 :加熱爐 ； 增益 自適應(yīng) ； 史密斯預(yù)估器 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 Abstract Large delay time has been the focus of research in the control field. Furnace temperature control is belong to this plex control furnace temperature control system uses raw oil outlet temperature with the fuel oil flow cascade control or furnace temperature, but due to volatility in fuel flow, making the temperature control less effective. In recent years, due to the furnace chamber volume increases, the control system exists in a large time lag. For no or less delay, the system usually adopts PID control. For large delay system, PID control effect is not good, need additional pensation. Thus puts forward Smithpredictor pensator control system. The Smithpredictor in the matching model has good performance when, but this algorithm heavily depends on the exact match model, but it is difficult to do in practice. Smithpredictor algorithm is difficult to obtain good control effect when the model mismatch. Thus put forward an improved Smithpredictor control system. This stduy focuses on design and realize the control laws and control algorithm that is applicable to furnace bustion control process. Specific discuss the method of Smith predictor engineering realization for pure timedelay system, focusing on such a control algorithm for a more indepth discussion, and puts forward an improved Smith – predictor, which puts adaptive control and Smith – predictor implement anically, realize to the parameters of the control system to achieve selftuning, but also by means of simulation design and improved results are analyzed. Simulation experiment, if adopted PID control algorithm, the system showed a larger overshoot, but using control without overshoot. If keep the controller and the model parameters constant, change the object parameters that mismatch model to Smithpredictor, Smithpredictor algorithm oscillation occurs and, the system stability were destroyed at this improved Smith – predictor algorithm not only can keep the system stability but also decreases oscillation frequency, increases convergence speed. Keywords: furnace。因此這樣的過程必然會(huì)產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和需要較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，被認(rèn)為是較難控制的過程，其控制難度將隨著純滯后 ? 占整個(gè)過程動(dòng)態(tài)時(shí)間參數(shù)的比例增加而增加。 國(guó)內(nèi)外基于加熱爐溫度控制的研究 滯后環(huán)節(jié)的存在使得整個(gè)系統(tǒng)的控制品質(zhì)變壞甚至引起閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。無模型方法有模糊 smith 控制、模糊自適應(yīng)控制、模糊 PD 控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制等。然而 PID 控制在純滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用是有一 定限制的，對(duì)于滯后較大的系統(tǒng)，常規(guī) PID 控制往往顯得無能為力。 τse?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 （ 2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自組織和自學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，它可以任意精度逼近非線性函數(shù)，可進(jìn)行在線和離線學(xué)習(xí)，容錯(cuò)性比較強(qiáng) 。另外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也和 Smith 控制結(jié)合對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)進(jìn)行控制，該方法也較有效。 2)模糊預(yù)估控制方法，它是在模糊控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行并聯(lián)模糊補(bǔ)償。該方法具有較強(qiáng)的魯棒性和較好的控制性能，但是計(jì)算效率不是很高。迄今為止，時(shí)滯系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控 制理論的研究仍處于萌芽和興起階段，成果較少，有待于進(jìn)一步完善。這類系統(tǒng) ,一般要求具有較好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性 . 例如爐 溫控制系統(tǒng)。使閉環(huán)系統(tǒng)的指標(biāo)達(dá)到 最佳。 相對(duì)而言 ,改進(jìn)型 Smith 算法的穩(wěn)定性和魯棒性比較好 ,在模型失配時(shí)也能夠進(jìn)行有效地控制 ， 能夠保持一定的動(dòng)態(tài)性能 ， 快速地使系統(tǒng)收斂 。在加熱用的燃料油管道上裝有一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用以控制燃料油流量，以達(dá)到控制溫度的目的。加熱爐工藝過程為：被加熱物料流過排列爐膛四周的管道后，加熱到爐工藝所要求的溫度 。 1)( ????sT pe sK psG p ?內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 本文針對(duì)的是 河北唐山某軋鋼廠加熱爐 溫度控制系統(tǒng) , 其被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為 : (22) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）是指由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 2. 當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，可選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系并滿足如下條件的間接參數(shù)為被控變量。為了提高控制質(zhì)量，采用串級(jí)控制系統(tǒng)，運(yùn)用副回路的快速作用，有效地提高控制質(zhì)量，滿足生產(chǎn)要求。在串級(jí)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了兩個(gè)被控對(duì)象，即主對(duì)象（溫度對(duì)象）和副對(duì)象（流量對(duì)象），所以有兩個(gè)被控參數(shù)，主被控參數(shù)（溫度）和副被控參數(shù)（流量）。 2） 選擇副參數(shù)，進(jìn)行副回路的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)匹配。 3） 控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很 大的干擾。 （ 2） 主、副控制器正、反作用方式的確定。 2）將副控制器的比例度置于所求的數(shù)值δ 2p 上，把副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主控制器，求取主回路 4： 1 衰減過程的δ 1p和 T1P。在需要保持比例關(guān)系的兩種物料中，往往其中一種物料處于主導(dǎo)地位，稱為主物料或主動(dòng)量 F1，而另一種物料隨主物料的變化呈比例的變化，稱為從物料或從動(dòng)量 F2。 這類比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在主流量受到干擾作用開始到重新穩(wěn)定在設(shè)定值這段時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用，比較安全。 前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式 1） 靜態(tài)前饋控制系統(tǒng) 前饋控制器的輸出信號(hào)是按干擾大小隨時(shí)間變化的，它是干擾量和時(shí)間的函數(shù)。對(duì)于擾動(dòng)變化頻繁和動(dòng)態(tài)精度要求比較高的生產(chǎn)過程，對(duì)象兩個(gè)通道動(dòng)態(tài)特性又不相等時(shí)，靜態(tài)前饋往往不能滿足工藝上的要求，這時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)前饋方案。顯然這種控制規(guī)律是由對(duì)象的兩個(gè)通道特性決定的，由于工業(yè)對(duì)象的特性千差萬別，如果按對(duì)象特性來設(shè)計(jì)前饋控制器的話，將會(huì)種類繁多 ，一般都比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。 2. 當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯后時(shí)間較長(zhǎng)，由于反饋控制不及時(shí)影響控制質(zhì)量時(shí)，可采用前饋或前饋－反饋控制系統(tǒng)。解決前后工序供求矛盾 ，使液面和流量的變化互相兼顧均勻變化，這就是均勻控制系統(tǒng)的目的。同時(shí)控制工具常規(guī)儀表也逐漸被以微處理器為核心的 DCS 和微型機(jī)所取代，它們具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，因此，以提高控制系統(tǒng)品質(zhì)、生產(chǎn)安全和獲得最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的各種先進(jìn)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這些先進(jìn)控制系統(tǒng)共同的特點(diǎn)是需要較為精準(zhǔn)的過程數(shù)學(xué) 模型，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出各種先進(jìn)控制策略。它具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在連續(xù)系統(tǒng)中獲得了廣