【正文】 的數(shù)學(xué)模型，預(yù)估器根據(jù)這個(gè)輸入的數(shù)學(xué)模型，預(yù)先估計(jì)出所采用的控制作用對(duì)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(dòng)作，這有利于改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能[8]。改變其值，觀察控制效果，直到滿意為止。增量型PID控制的公式為： (36)如令 , , 。（2）歸一參數(shù)整定法Roberts PD在1974年提出一種簡(jiǎn)化擴(kuò)充臨界比例度整定法?？刂贫榷x為：數(shù)字控制系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)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(shù)字控制相對(duì)模擬控制效果，數(shù)字控制與模擬控制效果相同；當(dāng)控制度為2時(shí)，數(shù)字控制比模擬控制的質(zhì)量差一倍。2）投入純比例控制，逐漸增大比例系數(shù) ，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩。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。3）當(dāng)系統(tǒng)純滯后占主導(dǎo)地位時(shí)，應(yīng)按純滯后大小選擇T。選擇采樣周期T，一般考慮以下因素：1）采樣周期應(yīng)比對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小得多。 PID的參數(shù)整定數(shù)字PID控制器參數(shù)整定的任務(wù)是確定 、 、 和采樣周期[7]。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。位置型算法由于累加過去誤差，容易產(chǎn)生大的累加誤差。增量式算法只需保持現(xiàn)時(shí)以前三個(gè)時(shí)刻的偏差值。數(shù)字PID增量型控制算法由式（412）可看出，位置型控制算法不夠方便，這是因?yàn)橐奂悠頴(j),它不僅要占用較多的存儲(chǔ)單元，而且不便于編寫程序，為此可對(duì)上式進(jìn)行如下改進(jìn)。 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。++rink +比例積分微分控制對(duì)象 模擬PID控制 數(shù)字PID控制算法 在連續(xù)時(shí)間控制系統(tǒng)中，PID控制器應(yīng)用得非常廣泛。 模擬PID調(diào)節(jié)器PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值r(t)與實(shí)際輸出值y(t)進(jìn)行比較，構(gòu)成控制偏差 （31）并將其比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量，如圖31所示，簡(jiǎn)稱P（proportional）I（integral）D（differential）調(diào)節(jié)器。它具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)整定方便、結(jié)構(gòu)改變靈活、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在連續(xù)系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。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)。同時(shí)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(jī)所取代，它們具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，因此，以提高控制系統(tǒng)品質(zhì)、生產(chǎn)安全和獲得最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的各種先進(jìn)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這些先進(jìn)控制系統(tǒng)共同的特點(diǎn)是需要較為精準(zhǔn)的過程數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出各種先進(jìn)控制策略。由于PID控制器有較好的魯棒性能，對(duì)過程模型要求不高，故對(duì)一些不太復(fù)雜的過程而言，他們是最常用的控制系統(tǒng)。解決前后工序供求矛盾，使液面和流量的變化互相兼顧均勻變化，這就是均勻控制系統(tǒng)的目的。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。2. 當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯后時(shí)間較長(zhǎng)，由于反饋控制不及時(shí)影響控制質(zhì)量時(shí)，可采用前饋或前饋－反饋控制系統(tǒng)。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(diǎn)和缺點(diǎn)總是相對(duì)應(yīng)的，若將其組合起來，構(gòu)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(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)和具有對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行反饋檢測(cè)的長(zhǎng)處，因此這種控制系統(tǒng)是適合于過程控制的較好方式。顯然這種控制規(guī)律是由對(duì)象的兩個(gè)通道特性決定的，由于工業(yè)對(duì)象的特性千差萬別，如果按對(duì)象特性來設(shè)計(jì)前饋控制器的話，將會(huì)種類繁多，一般都比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來比較困難。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)。對(duì)于擾動(dòng)變化頻繁和動(dòng)態(tài)精度要求比較高的生產(chǎn)過程，對(duì)象兩個(gè)通道動(dòng)態(tài)特性又不相等時(shí)，靜態(tài)前饋往往不能滿足工藝上的要求，這時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)前饋方案。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)的幾種結(jié)構(gòu)形式1） 靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)前饋控制器的輸出信號(hào)是按干擾大小隨時(shí)間變化的，它是干擾量和時(shí)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(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。這類比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是在主流量受到干擾作用開始到重新穩(wěn)定在設(shè)定值這段時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用，比較安全。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(diǎn)是兩種物料流量之比較為精確，實(shí)施比較方便，所以得到廣泛的應(yīng)用。在需要保持比例關(guān)系的兩種物料中，往往其中一種物料處于主導(dǎo)地位，稱為主物料或主動(dòng)量F1，而另一種物料隨主物料的變化呈比例的變化，稱為從物料或從動(dòng)量F2。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。2）將副控制器的比例度置于所求的數(shù)值δ2p上，把副回路作為主回路的一個(gè)環(huán)節(jié)，用同樣的方法整定主控制器，求取主回路4：1衰減過程的δ1p和T1P。主控制器的作用方向只與工藝條件有關(guān)。（2） 主、副控制器正、反作用方式的確定。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。3）控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很大的干擾。串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合1）被控對(duì)象的控制通道純滯后時(shí)間較長(zhǎng)，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，可采用串級(jí)控制系統(tǒng)。2） 選擇副參數(shù)，進(jìn)行副回路的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)匹配。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。在串級(jí)控制系統(tǒng)中出現(xiàn)了兩個(gè)被控對(duì)象，即主對(duì)象（溫度對(duì)象）和副對(duì)象（流量對(duì)象），所以有兩個(gè)被控參數(shù)，主被控參數(shù)（溫度）和副被控參數(shù)（流量）。 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖串級(jí)控制系統(tǒng)的基本概念串級(jí)控制系統(tǒng)的采用了兩個(gè)控制器，運(yùn)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(gòu)成爐溫度與流量的串級(jí)控制系統(tǒng)有效地提高控制質(zhì)量，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求[2]。為了提高控制質(zhì)量，采用串級(jí)控制系統(tǒng)，運(yùn)用副回路的快速作用，有效地提高控制質(zhì)量，滿足生產(chǎn)要求。 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。2. 當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控變量時(shí)，可選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系并滿足如下條件的間接參數(shù)為被控變量。方法二：選擇那些能間接反映產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量又與直接參數(shù)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系、易于測(cè)量的參數(shù)作為被控變量，稱為間接參數(shù)法。本文針對(duì)的是河北唐山某軋鋼廠加熱爐溫度控制系統(tǒng), 其被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為:(22) 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)（單回路控制系統(tǒng)）是指由一個(gè)受控對(duì)象、一個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)控制器和一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（控制閥）所組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。 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。加熱爐工藝過程為：被加熱物料流過排列爐膛四周的管道后，加熱到爐工藝所要求的溫度。加熱爐的平穩(wěn)操作可以延長(zhǎng)爐管使用壽命，因此加熱爐出口溫度必須嚴(yán)格控制。在加熱用的燃料油管道上裝有一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用以控制燃料油流量，以達(dá)到控制溫度的目的。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]。相對(duì)而言,改進(jìn)型Smith算法的穩(wěn)定性和魯棒性比較好 ,在模型失配時(shí)也能夠進(jìn)行有效地控制 ，能夠保持一定的動(dòng)態(tài)性能，快速地使系統(tǒng)收斂。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 ,因此模型失配時(shí),Smith 預(yù)估算法就難以取得良好的控制效果，改進(jìn)型Smith預(yù)估器是克服純滯后影響的有效方法之一。使