列管式換熱器出口溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明(編輯修改稿)
2025-05-05 13:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 制系統(tǒng)流程圖 實(shí)測值的模糊化：模糊控制器的輸入變量為溫度偏差E及偏差的變化率EC,輸出變量為控制器輸出的電壓信號U,三者的基本論域分別為[1,1],[02,02]及[0,5]?？闪?E、EC及U的模糊集合論域均取{3,2, 1,0,1,2,3}的離散區(qū)間。則其量化因子分別為 KE=3/1=3,KEC=3/02=15,KU=5/6。在模糊控制區(qū),輸入輸出變量語言可以表達(dá)為:負(fù)大 (NB),負(fù)小(NS),0(Z),正小(PS),正大 (PB)。 圖6模糊子集的隸屬函數(shù) 模糊推理：對于雙輸入單輸出模糊控制器,其控制規(guī)則為“ifEisAandECisBthenUis C”來描述,根據(jù)過程控制的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得到49條規(guī)則，根據(jù)這些規(guī)則,可求得模糊關(guān)系R。表中每一 條推理語言均可得到相應(yīng)的模糊關(guān)系R1,R2,R3,…,R49。模糊關(guān)系R的求法如下:R=(EEC) U。而描述整個(gè)系統(tǒng)控制規(guī)則的總模糊關(guān)系R 為:R1∪R2∪…∪Rn。由E、EC及上式推理合成 規(guī)則,得到輸出模糊集U=(EEC)R。 表1 模糊控制規(guī)則表 去模糊化：采用最大隸屬度法,分別對 輸出模糊集合UU…、U49進(jìn)行去模糊化,將模糊控制器輸入量化等級與其輸出精確值相對應(yīng), 得到模糊控制查詢表,如表所示。實(shí)時(shí)控制時(shí), 根據(jù)輸入偏差與輸入偏差變化率的模糊值直接查找控制表,獲得控制量。4 方案比較 換熱器一般溫控系統(tǒng)根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)及一般熱力學(xué)原理，可得被控對象傳遞函數(shù)的近似表達(dá)式： 式中 GP( s) ———對象的傳遞函數(shù)； K———對象的放大系數(shù)； TS———對象的時(shí)間常數(shù)； τ———對象的純時(shí)間滯后； Go(s)———對象傳遞函數(shù)中不含純滯后的部分?？梢钥闯?，它是一個(gè)帶純滯后的一階慣性環(huán)節(jié)。一般的溫控系統(tǒng)如圖7所示。圖7 一般溫控系統(tǒng)方框圖 圖中R(s)為參擾。從圖7可以得出換熱器一般溫控系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 由于特征方程里含有eτ s項(xiàng)，這對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性極其不利，若τ足夠大，系統(tǒng)就很難穩(wěn)定；而且由于系統(tǒng)中含有純滯后環(huán)節(jié)，使控制器的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜。 Smith預(yù)估器的控制機(jī)理Smith預(yù)估器控制的基本思路是：預(yù)先估計(jì)過程在基本擾動下的動態(tài)特性，然后由預(yù)估器進(jìn)行補(bǔ)償控制，力圖使被延遲了τ的被調(diào)量提前反映到調(diào)節(jié)器，并使之動作，以此來減小超調(diào)量并加速調(diào)節(jié)過程。對于帶長時(shí)滯過程而言，Smith預(yù)估器是一種非常有效的通用的補(bǔ)償器，其主要優(yōu)點(diǎn)在于滯后時(shí)間能從閉環(huán)系統(tǒng)的特征方程中消除。然而，預(yù)估器要求被控對象的數(shù)學(xué)模型非常準(zhǔn)確，這在實(shí)際工程中很難辦到，特別是對積分和非穩(wěn)定系統(tǒng)，其控制更為困難。Smith預(yù)估器控制原理圖如圖8所示。圖8 Smith預(yù)估控制器原理圖 圖中U(s)為控制器的輸出，L(s)為系統(tǒng)外擾(也稱負(fù)荷擾動)，GL(s)是C(s)對L(s)的傳遞函數(shù)，GS(s)為Smith預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)。若Smith預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)為 GS(s) = Go(s) (1eτs) 由圖8可得Smith預(yù)估控制器的傳遞函數(shù)Φ(s)為 另有
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