【正文】 質量時，可采用前饋或前饋－反饋控制系統(tǒng)。同時控制工具常規(guī)儀表也逐漸被以微處理器為核心的 DCS 和微型機所取代，它們具有強大的計算能力，因此，以提高控制系統(tǒng)品質、生產(chǎn)安全和獲得最大經(jīng)濟效益為目標的各種先進控制系統(tǒng)應運而生，這些先進控制系統(tǒng)共同的特點是需要較為精準的過程數(shù)學 模型，在此基礎上開發(fā)出各種先進控制策略。 圖 模擬 PID 控制 數(shù)字 PID 控制算法 在連續(xù) 時間控制系統(tǒng)中， PID控制器應用得非常廣泛。位置型 算法由于累加過去誤差，容易產(chǎn)生大的累加誤差。 3）當系統(tǒng)純滯后占主導地位時，應按純滯后大小選擇 T。 （ 2）歸一參數(shù)整定法 Roberts PD 在 1974 年提出一種簡化擴充臨界比例度整定法 。 時，從設定值作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 （ 41） 擾動作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 soTsoesWsW esWsF sY ?????? )()(1 )()( )( 39。 sWs 是 Smith 預)(sWT so esW ??)(39。若系統(tǒng)采用預估補償器，則控制器 )(s? 與反饋到控制器的 )(sY 之間的傳遞函數(shù)是兩個并聯(lián)通道之和，即 so esWssY ?? ?? )()( )( 39。 sWsWesWssY osso ??? ??? （ 45） 從（ 45）式便可得到預估補償器的傳遞函數(shù)為 )1)(()( 39。39。1 sWsW sWsWsW oT oT?? （ 48） 式 47 中 )(1sW 為無遲延環(huán)節(jié)時系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)。 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。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(diào)節(jié)器。()sGse?? Y F —— A/B 1 dTs? AB 39。 （ 51） 加熱爐溫度 PID 控制系統(tǒng)仿真框圖如圖 所示，并對其進行仿真，得到的輸出曲 線如圖 所示。 Smith控制穩(wěn)定性 分析 圖 Smith 預估控制 simulink 仿真框圖。相對而言 ,改進型Smith 算法，在模型匹配時 ,能夠保持一定的動態(tài)性能；而在模型失配時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。 在論文的完成過程 中， 我和同學 共同探討 、 互相幫助、互相學習、互相支持， 在此向他們表示感謝 。非常榮幸在內(nèi)工大完成了本科學業(yè)，我將牢記老師們的教誨，做好今后的工作。 仿真結果表明 ,改進型 Smith 算法在模型失配時 ,具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性 ,對于大時間滯 后系統(tǒng)是一種比較實用的控制方法 。 圖 加入干擾的 Smith 預估控制仿真曲線 由仿真曲線可知 : 輸出曲線震蕩劇烈 , 穩(wěn)定性大大降低 , 抗干擾能力比較差。 圖 加熱爐溫度 Smith 控制方案圖 由此控制方案圖通過 simulink 平臺，可把其轉化為相應的仿真框圖，如下圖 37所示，并對其進行仿真研究，檢驗控制系統(tǒng)品質。039。 ??dT內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 17 圖 增益自適應 Smith 預估補 償控制 由上圖得： ? ? sT esWsWsDsRsY ???? )(39。 改進型 Smith 控制理論 增益自適應補償方案 Smith 預估補償控制實質上是 PID 調(diào)節(jié)器連續(xù)的向補償器傳遞，作為輸入而產(chǎn)生補償器輸出。 從圖 中可以推倒出 Smith 預估控制系統(tǒng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù) )(/)( sRsY 為 soTsoT esWsWsW esWsWSR sY ?? ?? ??? )()()(1 )()()( )( 139。 soTsoTso esWsW esWsWesW ????????? ])(1[)( 139。 sos esWsW ???? （ 46） 一般稱（ 46）式表示的預估器為 Smith 預估器 ,其框圖如圖 所示。 （ 44） 為使控制系統(tǒng)的反饋信號 )(39。)(39。 （ 42） 如果以上兩式特征方程中的 se?? 項可以消除，則遲延對閉 環(huán)極點的不利影響將不復存在。 增量型 PID 控制的公式為： (36) 如令 , , 。 uT kekeT dkj jeT iTkeK pku 0])2()1(0 )()1([)1( ???????????Kp Ti Td內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 13 5）采樣周期的下限是完成采樣、運算和輸出所需要的時間。而位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。 數(shù)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(jīng)修正而得到更完善的數(shù)字 PID 算法。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(nèi)?？刂葡到y(tǒng)、預測控制系統(tǒng)和多變量解耦控制系統(tǒng)。前一設備的出料往往是后一設內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 10 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。動態(tài)前饋要求控制器的輸出不僅僅是干擾量的函數(shù)，而且也是時間的函數(shù)。 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(chǎn)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。 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(shù)，再觀察過渡過程曲線，必要時進行適當調(diào)整，直到系統(tǒng)質量達到最佳為止。 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(diào)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。 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)中選擇一個對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。 被 加 熱 物 料燃 料T 1支 路 1支 路 2爐 膛出 口 圖 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。 (s)Dzτse?內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 4 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]。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(shù)整定也很難實現(xiàn)最佳控制。變結構控制的這一優(yōu)點，己廣泛地引起了人們的重視。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。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 。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。 Smithpredictor 內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 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 選擇被控變量的原則 ....................................... 5 操縱變量的選擇 ........................................... 5 常用復雜控制系統(tǒng) ............................................... 6 串級控制系統(tǒng) ............................................. 6 比值控制系統(tǒng) ............................................... 8 前饋控制系統(tǒng) ............................................. 8 先進控制系統(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 改進型 Smith 預估器控制理論 ................