溫度系統(tǒng)的先進(jìn)控制策略研究—雙層加熱筒溫度過程控制研究.pdf

1、溫度是工業(yè)中常見的控制對象，因其大慣性、非線性和大時滯而比較難控制。實(shí)驗(yàn)室的雙層加熱筒解耦實(shí)驗(yàn)裝置，內(nèi)筒水容量較小，慣性也比較小，外筒水容量較大，慣性也比較大，常規(guī)PID很難有比較好的控制效果。
　　首先，利用MATLAB對控制對象進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：
　　1)采用最小二乘法對對象數(shù)學(xué)模型進(jìn)行辨識。根據(jù)對象的響應(yīng)特性，辨識模型采用的是一階加純滯后環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集方法是取對象開環(huán)階躍響應(yīng)，當(dāng)內(nèi)外筒溫度穩(wěn)定后，分別改變內(nèi)外筒其

2、中之一的控制量，并每隔2min記錄一次溫度變化值，直到三次采集溫度相同時認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　2)外筒溫度模糊PID控制仿真。針對外筒溫度慣性大，常規(guī)的PID不能取得很好的控制性能，本文設(shè)計(jì)了一個模糊PID控制器。通過仿真驗(yàn)證了模糊PID在大慣性控制對象控制中的優(yōu)越性。較常規(guī)PID，模糊PID控制不僅有較快的調(diào)節(jié)速度，還具有較小的超調(diào)和波動，而且對內(nèi)筒溫度改變干擾抗擾動能力強(qiáng)。
　　3)外筒預(yù)測PID串級控制仿真。為了

3、減小外筒溫度改變時對內(nèi)筒溫度的影響，首先把內(nèi)外筒之間的耦合看作是一個時變的非線性控制對象，設(shè)計(jì)了預(yù)測PID串級控制器。仿真表明，預(yù)測PID串級控制較常規(guī)PID有比較好的抗擾動能力，但響應(yīng)速度略慢；預(yù)測PID串級控制較預(yù)測控制，不但有較快的響應(yīng)速度，而且還具有較好的抗擾動能力，能夠減小因外筒溫度改變而對內(nèi)筒溫度的影響。
　　4)內(nèi)筒模糊解耦控制仿真。本文針對內(nèi)外筒之間的耦合關(guān)系，設(shè)計(jì)了解耦控制環(huán)節(jié)。通過MATLAB仿真驗(yàn)證了靜態(tài)解耦

4、和動態(tài)解耦控制系統(tǒng)的不同控制效果。動態(tài)解耦實(shí)現(xiàn)完全解耦是建立在對象精確模型的基礎(chǔ)上，對于一般的控制對象，靜態(tài)解耦往往也能夠達(dá)到控制要求。對于控制對象的非線性特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)了一個模糊解耦控制器，通過后面物理運(yùn)行驗(yàn)證其優(yōu)越性。
　　其次，基于Wincc和PLC300的控制算法物理實(shí)現(xiàn)：
　　針對通過實(shí)驗(yàn)建立出的模型不能確切反映對象在實(shí)際運(yùn)行過程中會存在的干擾和不確定非線性因素。為了驗(yàn)證仿真設(shè)計(jì)控制算法對實(shí)際控制對象控制效果的可靠