文献综述--炉温系统辨识及智能控制研究

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1、 文献综述 课题名称： 炉温系统辨识及智能控制研究 二级院部： 自动化工程学院 学生姓名： 学号： 专 业： 测控技术与仪器 班级： 指导老师： 炉温系统辨炉温系统辨识及智能控制研究识及智能控制研究 摘要：摘要：电加热炉是一种被广泛应用的工业设备，加热炉的炉温控制是常见的控制 目标。为了提高产品质量，扩大经济效益，减少能耗并实现环境友好型生产，对 于炉温控制系统的品质提出了更高的要求。 在这一背景下本论文的目的就是分析 各种控制方法的的特性，采用智能控制对加热炉炉温控制系统进行设计。 关键词：关键词：炉温控制，时滞系统，模糊控制，Smith 预估 引言引言 电加热炉在工业生产中被广泛应用，炉温

2、控制也是常见的过程控制之一。传 统的 PID 控制因其算法简单，适应性强，鲁棒性高等特点依然在温度控制领域得 以广泛使用。但因在以电加热炉炉温作为控制对象时存在着时变性、非线性、大 滞后等特点以及可能出现的各种不确定扰动，难以建立相适应的数学模型，使得 PID 控制效果变差。出现影响产品质量、生产能耗增加、设备寿命缩短、经济效 益下降、浪费电能污染环境等问题。因此，对于控制方法的选用及设计提出了更 高的要求。采用智能控制方法是有效提高控温效果的一种措施，在国内外的生产 实践中也有了许多的先例。 如模糊 PID 控制可以依靠模糊化 Kp、Ki、Kd 等参数也就是对照已有的操作 人员的实际经验对系

3、统进行控制， 消除了电加热炉复杂的工况所导致的的参数变 化对控制造成的影响。 又比如 smith 预估控制则是建立在预估各种扰动的基础上 对有较大时滞的被调量进行提前控制，从而消除时滞性所造成的控制速度慢、超 调量大、系统稳定性差的不良影响。 我将在此次毕业设计中运用这些控制方法设计控制方案并运用 MATLAB 仿真 进行分析比较。 1 1 加热炉炉温控制特性加热炉炉温控制特性 要实现对加热炉的控制，必须建立被控对象的数学模型，然后求取相应的控 制器方程。在以电加热炉炉温作为控制对象时存在着时变性、非线性、大滞后等 特点以及可能出现的各种不确定扰动，难以建立相适应的数学模型。特别是它的 大时滞

4、性对控制系统的设计提出了相当高的要求。 2 2 时滞性的特点时滞性的特点 时滞特性在工业生产过程中普遍存在,当物料和能量进行传输时就形成时滞 现象。由于时滞特性的存在使扰动不能被即时察觉,控制作用需长时间才能反映 到对象输出量,产生较大的超调和振荡,控制系统的稳定性降低,导致控制品质受 到严重影响。 3 3 时滞系统研究现状时滞系统研究现状 （一）Smith 预估控制 1957 年,O.J.Smith 提出了一种预估补偿控制方法来控制含有时滞环节的 现象,即 Smith 预估补偿，理论上解决了时滞系统的控制问题。Smith 预估控制 是得到广泛应用的时滞系统的控制方法。 该控制方法是预先估计系

5、统在基本扰动 下的动态特性,然后对时滞进行补偿,使延迟的被调量超前反映到调节器,调节器 就会提前动作,从而抵消时滞特性所造成的影响,减小超调量,提高系统稳定性, 加速调节过程,提高系统快速性。 但这种控制器必须依赖于在实际中很难获得的被控对象的精确数学模型,当 预估模型和实际对象不匹配时,控制效果较差。 当对象参数变化范围较大时,预估 器将完全失效,甚至不及常规反馈控制方法对于干扰的控制效果。因而难以对像 加热炉炉温这种复杂的时变时滞系统进行良好控制。 （三）Dahlin 控制 Dahlin算法是由美国IBM公司的 Dahlin在1968年针对工业过程控制中的 纯滞后特性提出的一种控制算法。该

6、算法设计了一个数字调节器,整个系统的闭 环传递函数相当于带有纯滞后的一阶惯性环节,而且要求闭环系统的纯滞后时间 等于被控对象的纯滞后时间。算法比较简单,只要能设计出合适的且可以物理实 现的数字调节器,就能够有效地克服纯滞后的不利影响,因而在工业生产中得到 广泛应用。但是采用 Dahlin 算法设计的系统,其快速性受到限制。 （四）PID 控制 PID控制是迄今为止应用最广泛的一种控制算法,在工业过程控制中90占 以上。这种控制方法原理简单、通用性强、鲁棒性好并且使用方便。但是在时滞 系统中的应用有一定局限性,对于大时滞系统,常规控制往往无能为力。 （五）模糊控制 “模糊”概念是 L.A.Zadeh 于 1965 年首先创立的,用模糊集描述与人的主观 意识有关的一些概念,后来形成了一个庞大的数学分支即模糊数学。1974 年,美 国工程师 E.H.Mamdani 首次把模糊数学应用于对锅炉和蒸气机的控制,成为应用 模糊控制技术的先驱。模糊控制比常规控制具有较强的鲁棒性,被控对象参