【正文】 在論文的完成過程中，我和同學(xué)共同探討、互相幫助、互相學(xué)習(xí)、互相支持，在此向他們表示感謝。相對(duì)而言,改進(jìn)型Smith算法，在模型匹配時(shí),能夠保持一定的動(dòng)態(tài)性能；而在模型失配時(shí)則能夠快速地使系統(tǒng)收斂，其穩(wěn)定性和魯棒性比較好,只是存在一定的超調(diào)量。 Smith控制穩(wěn)定性分析 預(yù)估控制simulink 仿真框圖。 （51），并對(duì)其進(jìn)行仿真。模糊控制系統(tǒng)是以模糊數(shù)學(xué)、模糊語言形式的知識(shí)表示和模糊邏輯的規(guī)則推理為理論基礎(chǔ)，采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)構(gòu)成的一種具有反饋通道的閉環(huán)結(jié)構(gòu)的數(shù)字控制系統(tǒng)。補(bǔ)償器與過程特性有關(guān)，而過程的數(shù)學(xué)模型與實(shí)際過程之間又有誤差，所以這種控制方法的缺點(diǎn)是模型的誤差會(huì)隨時(shí)間累積起來，也就是對(duì)過程特性變化的靈敏度很高[11][12]。 Smith預(yù)估器框圖 （47）其中， （48） 式47中為無遲延環(huán)節(jié)時(shí)系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。(3)湊試法確定PID參數(shù)在PID參數(shù)整定方法中，最基本和最簡(jiǎn)單的方法為湊試法，即對(duì)參數(shù)實(shí)行先比例，后積分，再微分的整定步驟。3）選擇控制度。采樣周期的選擇從Shannon采樣定理可知，只有當(dāng)采樣頻率達(dá)到系統(tǒng)信號(hào)最高頻率的兩倍或兩倍以上，才能使采樣信號(hào)不失真地復(fù)現(xiàn)原來的信號(hào)。 （33）將式（412）和式（413）相減，即得數(shù)字PID增量型控制算法為 （34）可見,增量式算法提供了控制量的增量形式，所以被稱為數(shù)字PID增量型控制算法。在計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域后，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字PID算法代替了模擬PID調(diào)節(jié)器，這種控制規(guī)律的應(yīng)用不但沒有受到影響，而且有了新的發(fā)展，它仍然是當(dāng)今工業(yè)過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種。 先進(jìn)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)和常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)是以經(jīng)典控制理論為指導(dǎo)的，他們的基本要素是以PID控制器為核心的基本控制回路。一般采用在靜態(tài)前饋的基礎(chǔ)上，加上延遲環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)，以達(dá)到干擾作用的近似補(bǔ)償。而當(dāng)干擾通道和控制通道動(dòng)態(tài)特性相同時(shí)，便可以不考慮時(shí)間函數(shù)，只按靜態(tài)關(guān)系確定前饋控制作用。例如在稀硝酸生產(chǎn)中，空氣是隨氨的多少而變化的，因此氨為主動(dòng)量F1，空氣為從動(dòng)量F2。副控制器作用方式的確定，與簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)相同。3） 方案應(yīng)考慮工藝上的合理性、可能性和經(jīng)濟(jì)性。提高控制質(zhì)量，采用串級(jí)控制系統(tǒng)。 加熱爐溫度單回路反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 被控變量的選擇被控變量選擇方法：方法一：選擇能直接反映生產(chǎn)過程中產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又易于測(cè)量的參數(shù)作為 被控變量，稱為直接參數(shù)法。對(duì)于加熱爐，工藝介質(zhì)受熱升溫或同時(shí)進(jìn)行氣化，其溫度的高低會(huì)直接影響后一工序的操作工況和產(chǎn)平質(zhì)量。從以上分析中可以看到,對(duì)于具有大時(shí)間滯后系統(tǒng)的控制,PID控制算法僅僅在模型匹配時(shí)能夠進(jìn)行穩(wěn)定的控制 , ,PID 算法就無能為力了。工業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)?；沟霉I(yè)過程變得更為復(fù)雜，大時(shí)滯、不確定性、嚴(yán)重非線性、時(shí)變性對(duì)工業(yè)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。模糊預(yù)估模型是通過一系列有針對(duì)性的推導(dǎo)得到的，模糊預(yù)估器得到的增量經(jīng)過補(bǔ)償器的作用產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償校正。它不需要復(fù)雜的控制結(jié)構(gòu)，也不需要精確的數(shù)學(xué)模型，其簡(jiǎn)單有效的特點(diǎn)適合工業(yè)應(yīng)用。其控制方法也己經(jīng)由傳統(tǒng)控制轉(zhuǎn)向智能控制，或者是二者的結(jié)合。則稱過程是大滯后過程。仿真實(shí)驗(yàn)中，若采用PID控制算法，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)較大的超調(diào)量，采用史密斯預(yù)估補(bǔ)償控制沒有超調(diào)量。加熱爐溫度控制便屬于這類復(fù)雜的控制對(duì)象。而 Smith 預(yù)估算法則在模型匹配時(shí)具有好的性能指標(biāo) ,但是由于這種算法嚴(yán)重依賴模型的精確匹配 ,而在實(shí)際中這是很難做到的 ,當(dāng)模型失配時(shí),Smith 預(yù)估算法就難以取得良好的控制效果,因此提出了改進(jìn)型Smith控制系統(tǒng)。 Smithpredictor目 錄第一章 緒論 1 研究的背景及意義 1 國內(nèi)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(jié)構(gòu)圖 4 加熱溫度控制系統(tǒng)模型的建立 4 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng) 5 被控變量的選擇 5 選擇被控變量的原則 5 操縱變量的選擇 5 常用復(fù)雜控制系統(tǒng) 6 串級(jí)控制系統(tǒng) 6 8 前饋控制系統(tǒng) 8 先進(jìn)控制系統(tǒng) 10第三章 數(shù)字PID控制理論 11 PID控制算法 11 模擬PID調(diào)節(jié)器 11 數(shù)字PID控制算法 11 PID的參數(shù)整定 12第四章 改進(jìn)型Smith預(yù)估器控制理論 14 Smith預(yù)估器控制理論 14 改進(jìn)型Smith控制理論 16 增益自適應(yīng)補(bǔ)償方案 16 Fuzzy—Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方案 17第五章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)仿真研究 19 PID控制系統(tǒng)仿真研究 19 Smith控制系統(tǒng)仿真研究 20 控制方案和仿真框圖的建立 20 仿真分析 20 Smith控制穩(wěn)定性分析 21 增益自適應(yīng)Smith控制系統(tǒng)仿真研究 22總 結(jié) 24參考文獻(xiàn) 25謝 辭 27內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第一章 緒論 研究的背景及意義加熱爐溫度控制系統(tǒng)為一個(gè)大滯后的系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的控制方式，采用溫度、流量串級(jí)控制，并把煤氣熱值和煙氣殘氧檢測(cè)量引入控制系統(tǒng)，對(duì)煤氣和空氣的配比值進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了加熱爐高效燃燒控制、溫度迅速反應(yīng)控制。從50年代以來，時(shí)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。為此人們提出了許多改進(jìn)方法，大致可以分為兩種:一種是基于結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，這類方法主要是結(jié)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(jìn)行補(bǔ)償。模糊算法對(duì)于時(shí)滯系統(tǒng)比較適用，它是處理時(shí)滯系統(tǒng)中難以定量化環(huán)節(jié)和不確定性的有效手段。變結(jié)構(gòu)控制的這一優(yōu)點(diǎn)，己廣泛地引起了人們的重視。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(dòng)、靜兩方面的性能,而且多參數(shù)整定也很難實(shí)現(xiàn)最佳控制。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(chǎn)中應(yīng)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]。 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(duì)象是一個(gè)多容量的復(fù)雜對(duì)象。 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?yún)?shù)中選擇一個(gè)對(duì)被控變量影響顯著而且可控性良好的輸入?yún)?shù)，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。流量對(duì)象設(shè)定值控制閥流 量控制器干擾測(cè)量變送溫 度控制器溫度對(duì)象干擾測(cè)量變送串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程[5]，就是指在擾動(dòng)作用下，引起主、副變量偏離設(shè)定值，由主、副調(diào)節(jié)器通過控制作用克服擾動(dòng)，使系統(tǒng)恢復(fù)到新的穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程。5 、串級(jí)控制系統(tǒng)應(yīng)用中的問題（1） 主、副控制器控制規(guī)律的選擇串級(jí)控制系統(tǒng)中主、副控制器的控制規(guī)律選擇都應(yīng)按照工藝要求來進(jìn)行。4）按先副后主、先比例后積分再微分的程序，設(shè)置主、副控制器的參數(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，直到系統(tǒng)質(zhì)量達(dá)到最佳為止。 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(jìn)行控制的開環(huán)控制方法，其基本原理是測(cè)取進(jìn)入過程的干擾，并按其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變操控變量，使受控量維持在設(shè)定值上。動(dòng)態(tài)前饋要求控制器的輸出不僅僅是干擾量的函數(shù)，而且也是時(shí)間的函數(shù)。前一設(shè)備的出料往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，而后者的出料又源源不斷的輸送給其他設(shè)備做進(jìn)料。目前應(yīng)用最廣的幾種先進(jìn)的控制系統(tǒng)，包括狀態(tài)反饋控制系統(tǒng)、內(nèi)模控制系統(tǒng)、預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)和多變量解耦控制系統(tǒng)。 數(shù)字PID控制比連續(xù)PID控制更為優(yōu)越，因?yàn)橛?jì)算機(jī)程序的靈活性，很容易克服連續(xù)PID控制中存在的問題，經(jīng)修正而得到更完善的數(shù)字PID算法。而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動(dòng)作影響大。5）采樣周期的下限是完成采樣、運(yùn)算和輸出所需要的時(shí)間。增量型PID控制的公式為： (36)如令 , , 。 Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng),是Smith預(yù)估補(bǔ)償器