【正文】 器的校正作用使被控變量的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差都接近或等于零。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。前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合1. 系統(tǒng)中存在著可測(cè)但不可控的變化幅度大，且頻繁的干擾，這些干擾對(duì)被控參數(shù)影響顯著，反饋控制達(dá)不到質(zhì)量要求時(shí)。均勻控制的概念，在石油化工生產(chǎn)中，采用連續(xù)生產(chǎn)方式，各生產(chǎn)過程都與前面的生產(chǎn)過程緊密聯(lián)系。于是產(chǎn)生了前后設(shè)備之間的供求矛盾和協(xié)調(diào)問題。 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。20世紀(jì)后半葉，以狀態(tài)空間為標(biāo)志的現(xiàn)代控制理論取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，過程工業(yè)也向大型化、集約化方向發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)提出了更高的要求。它可以大大提高工業(yè)生產(chǎn)過程操作和控制的穩(wěn)定性，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。第三章 數(shù)字PID控制理論 PID控制算法PID是按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的一種控制規(guī)律[6]。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。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)對(duì)象的特性和控制要求，也可靈活地改變其結(jié)構(gòu)，取其中一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律。其設(shè)計(jì)技術(shù)成熟，長(zhǎng)期以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，參數(shù)整定方便，結(jié)構(gòu)更改靈活，能滿足一般的控制要求。數(shù)字PID位置型控制算法數(shù)字PID位置型控制算法為 (32)式（412）表示的控制算法提供了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置u(k),所以被稱為數(shù)字PID置型控制算法。 （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。兩種標(biāo)準(zhǔn)PID控制算法比較增量型算法較位置型算法，雖然只是在算法上改動(dòng)了一點(diǎn)，但卻有不少優(yōu)點(diǎn)：1）增量型算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。2）增量型算法得出的是控制量的增量，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作。3）增量型算法算式中不出現(xiàn)u0項(xiàng)，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的切換。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)。2）采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于對(duì)象擾動(dòng)信號(hào)的周期。4）考慮執(zhí)行器的響應(yīng)速度，T應(yīng)大于執(zhí)行器的響應(yīng)速度。PID參數(shù)的工程整定法（1）擴(kuò)充臨界比例度法1）選擇合適的采樣周期。3）選擇控制度。4）按擴(kuò)充臨界比例度法參數(shù)整定計(jì)算公式求取采樣周期T、比例系數(shù) 、積分時(shí)間常數(shù) 和微分時(shí)間常數(shù) 。該方法只需整定一個(gè)參數(shù)即可，故稱其為歸一參數(shù)整定法。式中 為純比例作用下的臨界振蕩周期，則 (37)這樣，整個(gè)問題都簡(jiǎn)化為只要整定一個(gè)參數(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。當(dāng)采用單回路控制系統(tǒng)時(shí)，控制器的傳遞函數(shù)為 單回路控制系統(tǒng)當(dāng)被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為時(shí)，從設(shè)定值作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 （41）擾動(dòng)作用至被控變量的閉環(huán)傳遞函數(shù)是 （42）如果以上兩式特征方程中的項(xiàng)可以消除，則遲延對(duì)閉環(huán)極點(diǎn)的不利影響將不復(fù)存在。實(shí)現(xiàn)的方法是把被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型引入到控制回路之內(nèi)，設(shè)法取得更為及時(shí)的反饋信息，以改進(jìn)控制品質(zhì)。假若系統(tǒng)中無此補(bǔ)償器，則由控制器輸出到被控量之間的傳遞函數(shù)為 （43）式（43）表明，受到控制作用之后的被控量要經(jīng)過純遲延之后，才能返回到控制器。 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)。 （49）由（49）式可知，對(duì)于隨動(dòng)控制經(jīng)預(yù)估補(bǔ)償，其特征方程中以消去了項(xiàng)，即消除了純遲延對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的不利影響。這就是Smith預(yù)估補(bǔ)償器，他將消除大遲延對(duì)系統(tǒng)控制過程的不利影響，控制系統(tǒng)品質(zhì)與被控過程無純遲延時(shí)，完全相同[9][10]。針對(duì)這種情況，因此采用了改進(jìn)的Smith 預(yù)估補(bǔ)償對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。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]。它在Smith補(bǔ)償模型之外加了一個(gè)除法器，一個(gè)導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)(識(shí)別器)和一個(gè)乘法器。導(dǎo)前微分環(huán)節(jié)（識(shí)別器）的 ，它使過程與模型輸出之比提前進(jìn)加法器。這三個(gè)環(huán)節(jié)的作用量要根據(jù)模型和過程輸出信號(hào)之間的比值來提供一個(gè)自動(dòng)校正預(yù)估器增益的信號(hào)[13]。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)。 [14]。當(dāng)對(duì)象參數(shù)時(shí)變時(shí), 結(jié)合模型參數(shù)的增益自適應(yīng)控制, 可以使預(yù)估參數(shù)及時(shí)蹤對(duì)象的變化,能夠繼續(xù)保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制效果。首先對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行了常規(guī)PID控制；其次設(shè)計(jì)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(jìn)行了仿真分析，并對(duì)系統(tǒng)添加擾動(dòng)以驗(yàn)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(yīng)控制并進(jìn)行了仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析與研究。 （51），并對(duì)其進(jìn)行仿真。由此控制方案圖通過simulink平臺(tái)，可把其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿真框圖，如下圖37所示，并對(duì)其進(jìn)行仿真研究，檢驗(yàn)控制系統(tǒng)品質(zhì)。 加熱爐溫度Smith控制的輸出曲線為便于比較，并給這兩個(gè)系統(tǒng)同時(shí)輸入一個(gè)階躍信號(hào)，兩系統(tǒng)的輸出同接在一個(gè)Scope 上進(jìn)行比較， 。Smith控制與常規(guī)PID控制方案的仿真結(jié)果表明，前者優(yōu)于后者。 Smith控制穩(wěn)定性分析 預(yù)估控制simulink 仿真框圖。 加入干擾的Smith 預(yù)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。因此，引入增益自適應(yīng)Smith預(yù)估補(bǔ)償控制?？?結(jié)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(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。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。仿真結(jié)果表明,改進(jìn)型Smith算法在模型失配時(shí),具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性,對(duì)于大時(shí)間滯后系統(tǒng)是一種比較實(shí)用的控制方法。（2）仿真使用的被控對(duì)象的模型較為簡(jiǎn)單，距真正工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)還有一定差距，如何能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)還需要做更多的工作。從論文的選題及研究，從資料的收集到構(gòu)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(jìn)展，一點(diǎn)一滴的收獲都傾注著導(dǎo)師的大量心血。 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。非常榮幸在內(nèi)工大完成了本科學(xué)業(yè)，我將牢記老師們的教誨，做好今后的工作。28