【導讀】大遲延對象的控制一直是控制領域研究的焦點問題。加熱爐溫度控制便屬于這類?；蛲瑺t膛溫度的串級控制，但由于燃料油流量存在波動，使得溫度控制效果較差。對于無滯后或滯后比較小的系統(tǒng)，通常采用PID控制?？刂菩Ч⒉缓?，需要另加補償，因此提出了Smith預估補償控制系統(tǒng)。本文研究的重點是設計與實現(xiàn)適用于燃燒控制過程的控制規(guī)律和控制算法。進的結果進行了分析。仿真實驗中，若采用PID控制算法，系統(tǒng)會出現(xiàn)較大的超調量，采用史密斯預估補償控制沒有超調量。若保持控制器和模型的參數不變，改變對象參。數，使估計模型與之失配，此時史密斯預估算法出現(xiàn)振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞。型Smith算法不僅能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且振蕩次數少，收斂速度快。

　　

【正文】 度依賴于模糊控制規(guī)則集制定的是否完整和詳細。 所設計的 FuzzySmith 控制方案如圖 所示 [14]。 ()Ds? R 039。()sGse?? Y F —— A/B 1 dTs? AB 39。()Gs se?? )()()1(1 )()()( )( 39。039。0sWsWsT esWsWsR sY TdsT?????sdme sTsY sD ???? 1)( )(4內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 18 圖 FuzzySmith 控制方案圖 綜合考慮以上所闡述的兩種改進型 Smith預估補償控制方案，增益自適應補償方案較 FuzzySmith預估補償方案， 更適合該控制系統(tǒng)。 當對象參數時變時 , 結合模型參數的增益自適應控制 , 可以使預估參數及時蹤對象的變化 ,能夠繼續(xù)保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制效果。 sp esG ??)()(sGp se??)(tr )(tu )(tcdtdu/FuzzyController內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 19 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。首先 對被控對象進行了常規(guī) PID 控制 ； 其次設計 了 Smith 控制方案并建立了控制方案圖， 然后 建立了 Smith 控制系統(tǒng)仿真框圖并進行了仿真分析 ，并對系統(tǒng)添加擾動以驗證 Smith 控制的穩(wěn)定性 ；最后在 Smith 控制系統(tǒng)中添加增益自適應控制并 進行了仿真，并對結果進行了詳細的分析與研究。 PID 控制系統(tǒng)仿真研究 針對大慣性純滯后對象式 51,設計 PID 調節(jié)器的傳遞函數為 。 （ 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。 圖 加熱爐溫度 PID 控制系統(tǒng)仿真框圖 圖 基于 PID 控制的輸出曲線 ssGc 5 )( ??內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 20 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，本文所設計的 Smith 控制方案如圖 所示。 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。 圖 加熱爐溫度 Smith 控制系統(tǒng)仿真框圖 仿真分析 對圖 進行仿真，得到的輸出曲線如圖 所示，由 曲線可知， Smith 控制上升速度快、無超調且穩(wěn)態(tài)精度高，對大時滯系統(tǒng)有良好的控制品質。 圖 加熱爐溫度 Smith 控制的輸出曲線 (s)Gc內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 21 為便于比較， 將圖 的 Smith 仿真框圖與圖 的 PID 仿真框圖整合到一個仿真系統(tǒng)中， 并給這兩個系統(tǒng)同時輸入一個階躍信號，兩系統(tǒng)的輸出同接在一個 Scope 上進行比較， 如圖 所示 。 圖 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。 Smith 控制與常規(guī) PID 控制方案的仿真結果表明，前者優(yōu)于 后者。 然而， Smith預估補償控制也有其缺點，即對模型誤差較為敏感，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。 Smith控制穩(wěn)定性 分析 圖 Smith 預估控制 simulink 仿真框圖。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 22 圖 加入干擾的 Smith預估控制仿真框圖 圖 Smith 預估控制仿真曲線，引入幅度為 的隨機干擾信號。 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。 增益自適應 Smith 控制系統(tǒng)仿真研究 Smith預估補償控制存在著要求被控對象模型精確的內在要求，當被控對象模型參數不準確或參數易變時．其控制效果將會變差 。因此，引入增益自適應 Smith預估補償控制。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 23 圖 增益 自適應 Smith預估補償控制仿真框圖 圖 增益自適應 Smith預估補償控制仿真曲線 與圖 : 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。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 24 總 結 加熱爐溫度控制的方法有很多種，從以上分析中可以看到 ,對于具有大時間滯后系統(tǒng)的控制 ,PID 控制算法僅僅在模型匹配時能夠進行穩(wěn)定的控制 ,但動態(tài)性能不理想 .當模型失配時 ,PID 算法就無能為力了。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。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量。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 。 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 。 此外，由于自身能力的限制，論文中還存在一些不足和需要進一步完善的地方，主要包括以下兩點： （ 1）本文所設計增益自適應 Smith 加熱爐溫度控制系統(tǒng)，還有一定的超調量，在今后的研究工作中有必要進一步改進。 （ 2） 仿真使用的被控對象的模型較為簡單， 距真正工業(yè)現(xiàn)場還有一定差距 ， 如何能夠將其應用到現(xiàn)場還需要做更多的工作。 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 25 參考文獻 [1] 邵裕森 .過程控制及儀表 [M].上海 : 上海交通大學出版社 , . [2] 楊為民，鄔齊斌 .過程控制系統(tǒng)及工程 [M].西安電子科技大學出版社， 20xx. [3] 何克忠．計算機控制系統(tǒng)的分析與設計 [M].北京 :清華大學出版社 ,1988. [4] 張國良，曾靜，柯熙政，鄧方林．模糊控制及其 MATLAB 應用 [M] ．西安，西安交通大學出版社， . [5] 莫彬 .過程控制工程 [M].北京：化學工業(yè)出版社， . [6] 何克忠，李偉 .計算機控制系統(tǒng) [M].北京，清華大學出版社， 1998. [7] 李華，范多旺 . 計算機控制系統(tǒng) [M].北京 :機械工業(yè)出版社， [8] 吳興純 ． Smith 預 估控制技術在爐溫控制系統(tǒng)中的應用 [J]． 昆明理工大學學 報 ， 20xx /30 /03. [9] 程啟明 ， 王勇浩 ． 基于 Smith 預估的模糊 /PID 串級主汽溫控制系統(tǒng)仿真 [J]． 電機技術學報 ， 20xx， 22(3)： 143147. [10] 邊立秀 ， 趙日暉 ． Fuzzy 自整定 PID 參數的 Smith 預估主汽溫控制系統(tǒng) [J]． 計算機仿真 ， 20xx/21/01. [11] 牛培峰 ， 任娟 ， 王帥 ． PID 型自適應模糊控制在鍋爐主蒸汽溫度控制中的仿 真研究 [J]． 熱力發(fā)電 ， 20xx. [12] 張曉華．控制系統(tǒng)數字仿真與 CAD[M]．北京：機械工業(yè)出版社， 20xx. [13] 郭維 ．改進型 Smith 控制在火電廠過熱器中的應用 [J].內蒙古科技與經濟 . 20xx 年 4 月 , 第 7 期 . [14] 陶永華，尹怡欣，葛蘆生 .新型 PID 控制及其應用 [M].北京：機械工業(yè)出版社，. [15] 王 宏華 ,樊 桂林 .含 有純 滯后 系統(tǒng) 的控 制方 法 [J]. 江蘇 理工 大學學報 ,1994,15(6). [16] 董寧 .自適應控制 [M].北京：北京理工大學出版社 ,. [17] 劉磊，王曉東 .改進型 Fuzzy— Smith 控制在再熱器中的應用 [J].內蒙古石油化工， 20xx 年第 2 期 . [18] 朱曉東 ,王軍 ,萬紅 .基于 Smith 預估的純滯后系統(tǒng)的控制 [J].鄭州大學學報 (工學版 ),20xx,25(1). [19] 馮瑤 ,朱學鋒 . 改進型 Smith 預估器及實驗研究 [J].SCUT 研究生學報 , 1989,2(2):3236. 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 26 [20] 王月鵑．萬百五．大時延過程的控制方法．控制理論與應用 ,1986(3)． [21] 張衛(wèi)東 .時滯系統(tǒng)的魯棒控制．浙扛大學博士學位論文．浙扛大學工控所， 1996 [22] 邵惠鶴．工業(yè)過程高級控制 .上海交通大學出版社， 1997,3. [23] 郭姝梅 ,張穎超 .串級與 Smith 預估補償相結合的控制系統(tǒng)仿真研究 [J].武漢理工大學學報 (交通科學與工程版 ),20xx,26. [24] Palmor Z.. Stability properties of Smith dead time pensator ,1990,32(6):937949. [25] Watanabe k esc. A processmoder control for linear system with delay. ,1989(2):12611269. 內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書 27 謝 辭 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。從論文的選題及研究，從資料的收集到構思，從思路的形成到 仿真 ，直到最后的撰寫論文階段，一步一步的進展，一點一滴的收獲都傾注著導師的大量心血。導師為人謙虛誠懇，做事嚴謹認真，治學一絲不茍，以及生活上導師正直的人格品德及其寬以待人的作風，深深地影響著我，并將使我終身受益，在此，對導師的辛勤培養(yǎng)致以崇高的敬意和衷心的感謝。 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 。 正所謂學無止境，對即將步入社會的我們來說，同樣要不斷的學習、提高。非常榮幸在內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。履行自己的職責，實現(xiàn)自己的價值，為祖國建設貢獻自己的力量。