摘  要

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復雜的控制對象。對于無滯后或滯后比較小的系統(tǒng),通常采用PID控制。對于大滯后系統(tǒng)，PID控制效果并不好，需要另加補償，因此提出了Smith預估補償控制。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,當模型失配時，Smith 預估算法就難以取得良好的控制效果,因此提出了改進型Smith控制系統(tǒng)。

本文具體討論了純滯后系統(tǒng)的Smith預估器，著重對這種控制算法進行了較深入的討論，并提出了一種改進型Smith預估控制器，該控制器把自適應控制與Smith預估器有機地結合起來，實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的參數(shù)自整定。仿真實驗中，采用Smith預估補償控制，系統(tǒng)響應迅速。若保持控制器和模型的參數(shù)不變，改變對象參數(shù)，使估計模型與之失配，此時Smith預估算法出現(xiàn)振蕩，系統(tǒng)穩(wěn)定性被破壞。改進型Smith算法不僅能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定，而且振蕩次數(shù)少，收斂速度快。

關鍵詞:加熱爐；增益自適應；Smith預估器


 

Abstract

Large delay time has been the focus of research in the control field. Furnace temperature control belongs to this complex control object. For no or less delay, the system usually adopts PID control. For large delay system, PID control effect is not good, need additional compensation. Thus puts forward Smith-predictor compensator control . The Smith-predictor in the matching model has good performance when, but this algorithm heavily depends on the exact match model, but it is difficult to do in practice. Smith-predictor algorithm is difficult to obtain good control effect when the model mismatch. Thus put forward an improved Smith-predictor control system.

    This paper discuss the Smith- predictor for pure time-delay system, focusing on such a control algorithm for a more in-depth discussion, and puts forward an improved Smith – predictor, which puts adaptive control and Smith – predictor implement organically, realize to the parameters of the control system to achieve self-tuning. In simulation experiment, use Smith-predictor compensator control, the system responses rapidly. If keep the controller and the model parameters constant, change the object parameters that mismatch model to Smith-predictor, Smith-predictor algorithm oscillation occurs and, the system stability were destroyed at this time. The improved Smith – predictor algorithm not only can keep the system stability but also decreases oscillation frequency, increases convergence speed.

Keywords: furnace; gain adaptive control; Smith-predictor


 


 


 


 


 




目 錄

第一章 緒論 1

1.1  研究的背景及意義 1

1.2  國內外基于加熱爐溫度控制的研究現(xiàn)狀 1

1.3  課題研究的內容 3

第二章 傳統(tǒng)的加熱爐概述 4

2.1  加熱爐及其模型的建立 4

2.1.1  加熱溫度控制系統(tǒng)總體結構圖 4

2.1.2  加熱溫度控制系統(tǒng)模型的建立 4

2.2  加熱爐結構及工作方式 5

2.2.1  加熱爐結構 5

2.2.2  加熱爐工作方式 6

第三章 PID控制理論 8

3.1  PID控制算法 8

3.1.1  模擬PID調節(jié)器 8

3.1.2  數(shù)字PID控制算法 8

3.2  PID的參數(shù)整定 9

第四章 改進型Smith預估器控制理論 12

4.1 Smith預估器控制理論 12

4.2 改進型Smith控制理論 14

4.2.1 增益自適應Smith預估補償控制 14

4.2.2 完全抗干擾的Smith預估補償控制 15

第五章 加熱爐溫度控制系統(tǒng)仿真研究 17

5.1 PID控制系統(tǒng)仿真研究 17

5.2 Smith控制系統(tǒng)仿真研究 18

5.3  Smith控制系統(tǒng)加擾動仿真研究 19

5.4  增益自適應Smith控制系統(tǒng)仿真研究 20

總 結 22

參考文獻 23

謝 辭 24