【正文】 本文的研究工作是在劉磊老師的精心指導和關心下完成的。這種算法由于在反饋信息中包含了模型失配的信息,然后通過控制器進行調節(jié),因此相對于其他算法其魯棒性能大大增強。 增益自適應Smith預估補償控制仿真框圖 增益自適應Smith預估補償控制仿真曲線: 振蕩明顯下降, 穩(wěn)定性也大大提高, 說明改進型的Smith預估補償控制具有良好的抗干擾能力，可以克服Smith補償控制對參數敏感這一缺點。 加入干擾的Smith預估控制仿真框圖 預估控制仿真曲線， 的隨機干擾信號。 兩種控制方案仿真輸出曲線結果表明，針對過熱汽溫這類純滯后對象，采用Smith控制方案，取得了性能優(yōu)良的仿真結果。 加熱爐溫度PID控制系統(tǒng)仿真框圖 Smith控制系統(tǒng)仿真研究 控制方案和仿真框圖的建立通過前幾章的講述。第五章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)仿真研究本章主要論述了在MATLAB下進行仿真和以及對仿真結果的分析。在用模糊控制方法解決控制問題時，只需對控制中所可能出現(xiàn)的各種情形加以分析，依據控制者的經驗和知識，尋求解決的一般方法，然后用模糊控制規(guī)則集的形式加以體現(xiàn)，模糊控制的精度依賴于模糊控制規(guī)則集制定的是否完整和詳細。乘法器是將預估器的輸出乘以導前微分環(huán)節(jié)的輸出，然后送到調節(jié)器。為了克服這一缺點，可采用增益自適應預估補償控制。然而，Smith預估補償控制也有其缺點，即對模型誤差較為敏感，對于具有時變特性的對象，當模型誤差較大時，Smith預估補償控制的品質會變壞，甚至失去穩(wěn)定性。由以上分析可知，對于定值控制，閉環(huán)傳遞函數由兩項組成：第一項為擾動對被控制量的影響；第二項為用來補償擾動對被控制量的影響的控制作用。 Smith預估補償控制系統(tǒng),是Smith預估補償器的傳遞函數。第四章 改進型Smith預估器控制理論 Smith預估器控制理論Smith控制的工作原理是將被控對象在基本擾動作用下的動態(tài)特性，簡化為一個純遲延與一個一階慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)的數學模型，預估器根據這個輸入的數學模型，預先估計出所采用的控制作用對被控量的可能的影響，而不必等到被控量有所反映之后再去采取控制動作，這有利于改善控制系統(tǒng)的動態(tài)性能[8]。增量型PID控制的公式為： (36)如令 , , ?？刂贫榷x為：數字控制系統(tǒng)與對應的模擬控制系統(tǒng)誤差平方的積分之比，即 控制度 (35)控制度表示數字控制相對模擬控制效果，數字控制與模擬控制效果相同；當控制度為2時，數字控制比模擬控制的質量差一倍。5）采樣周期的下限是完成采樣、運算和輸出所需要的時間。選擇采樣周期T，一般考慮以下因素：1）采樣周期應比對象的時間常數小得多。而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。增量式算法只需保持現(xiàn)時以前三個時刻的偏差值。 數字PID控制比連續(xù)PID控制更為優(yōu)越，因為計算機程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問題，經修正而得到更完善的數字PID算法。 模擬PID調節(jié)器PID調節(jié)器是一種線性調節(jié)器，這種調節(jié)器是將設定值r(t)與實際輸出值y(t)進行比較，構成控制偏差 （31）并將其比例、積分、微分通過線性組合構成控制量，如圖31所示，簡稱P（proportional）I（integral）D（differential）調節(jié)器。目前應用最廣的幾種先進的控制系統(tǒng)，包括狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)、內?？刂葡到y(tǒng)、預測控制系統(tǒng)和多變量解耦控制系統(tǒng)。由于PID控制器有較好的魯棒性能，對過程模型要求不高，故對一些不太復雜的過程而言，他們是最常用的控制系統(tǒng)。前一設備的出料往往是后一設備的進料，而后者的出料又源源不斷的輸送給其他設備做進料。3） 前饋－反饋控制通過前面的分析，我們知道前饋與反饋控制的優(yōu)點和缺點總是相對應的，若將其組合起來，構成前饋－反饋控制系統(tǒng)，這樣既發(fā)揮了前饋控制作用及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能克服多個擾動和具有對被控參數進行反饋檢測的長處，因此這種控制系統(tǒng)是適合于過程控制的較好方式。動態(tài)前饋要求控制器的輸出不僅僅是干擾量的函數，而且也是時間的函數。靜態(tài)前饋是前饋控制中的一種特殊形式。 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)的基本概念前饋控制是一種按干擾進行控制的開環(huán)控制方法，其基本原理是測取進入過程的干擾，并按其信號產生合適的控制作用去改變操控變量，使受控量維持在設定值上。常用的比值控制方案：1F1CF2CF1F單閉環(huán)比值控制 單閉環(huán)比值控制這類比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是兩種物料流量之比較為精確，實施比較方便，所以得到廣泛的應用。4）按先副后主、先比例后積分再微分的程序，設置主、副控制器的參數，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調整，直到系統(tǒng)質量達到最佳為止。主控制器的作用方向只與工藝條件有關。5 、串級控制系統(tǒng)應用中的問題（1） 主、副控制器控制規(guī)律的選擇串級控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律選擇都應按照工藝要求來進行。串級控制系統(tǒng)的應用場合1）被控對象的控制通道純滯后時間較長，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質量指標時，可采用串級控制系統(tǒng)。流量對象設定值控制閥流 量控制器干擾測量變送溫 度控制器溫度對象干擾測量變送串級控制系統(tǒng)的工作過程[5]，就是指在擾動作用下，引起主、副變量偏離設定值，由主、副調節(jié)器通過控制作用克服擾動，使系統(tǒng)恢復到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)結構圖串級控制系統(tǒng)的基本概念串級控制系統(tǒng)的采用了兩個控制器，運用副回路的快速作用，以加熱爐溫度為主變量，選擇滯后較小的流量為副變量，構成爐溫度與流量的串級控制系統(tǒng)有效地提高控制質量，以滿足工業(yè)生產的要求[2]。 操縱變量的選擇選擇操縱變量，就是從諸多影響被控變量的輸入參數中選擇一個對被控變量影響顯著而且可控性良好的輸入參數，作為操縱變量，而其余未被選中的所有輸入量則視為系統(tǒng)的干擾。方法二：選擇那些能間接反映產品產量和質量又與直接參數有單值對應關系、易于測量的參數作為被控變量，稱為間接參數法。 加熱爐溫度系統(tǒng) 加熱溫度控制系統(tǒng)模型的建立加熱爐對象是一個多容量的復雜對象。加熱爐的平穩(wěn)操作可以延長爐管使用壽命，因此加熱爐出口溫度必須嚴格控制。第二章 傳統(tǒng)的加熱爐溫度控制系統(tǒng) 加熱爐及其模型的建立加熱爐在工業(yè)生產中應用很廣，有各種形式的加熱爐，其中管式加熱爐最常見，其型式有可分為箱式、立式和圓筒爐三大類[5]。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 ,因此模型失配時,Smith 預估算法就難以取得良好的控制效果，改進型Smith預估器是克服純滯后影響的有效方法之一。但是在一些具有純滯后環(huán)節(jié)的系統(tǒng)中,PID控制很難兼顧動、靜兩方面的性能,而且多參數整定也很難實現(xiàn)最佳控制。對于時滯系統(tǒng)的控制不是單一的方法就可以完全解決的，開發(fā)與設計出各種智能控制方法或以不同的形式結合在一起，將是解決時滯過程的有效途徑。變結構控制的這一優(yōu)點，己廣泛地引起了人們的重視。3)模糊自整定方法，它是對模型的某些參數進行模糊整定，以達到改善系統(tǒng)控制品質。模糊算法對于時滯系統(tǒng)比較適用，它是處理時滯系統(tǒng)中難以定量化環(huán)節(jié)和不確定性的有效手段。在時滯系統(tǒng)中的應用，神經網絡主要用于辨識和控制。為此人們提出了許多改進方法，大致可以分為兩種:一種是基于結構上的改進，這類方法主要是結合智能控制通過在不同的位置增加一些并聯(lián)或者串聯(lián)的環(huán)節(jié)進行補償。PID控制是迄今為止應用最廣泛的一種控制方法。從50年代以來，時滯控制先后出現(xiàn)了基于模型的方法和無模型這兩大方法。當與T之比增加時，過程中的相位滯后增加而使超調增大甚至會因為嚴重超調而出現(xiàn)聚爆、結焦等事故。 Smithpredictor目 錄第一章 緒論 1 研究的背景及意義 1 國內外基于加熱爐溫度控制的研究 1第二章 傳統(tǒng)的加熱爐溫度控制系統(tǒng) 4 加熱爐及其模型的建立 4 加熱溫度控制系統(tǒng)總體結構圖 4 加熱溫度控制系統(tǒng)模型的建立 4 簡單控制系統(tǒng) 5 被控變量的選擇 5