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

1、溫度是工業(yè)中常見(jiàn)的控制對(duì)象，因其大慣性、非線性和大時(shí)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(duì)控制對(duì)象進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：
　　1)采用最小二乘法對(duì)對(duì)象數(shù)學(xué)模型進(jìn)行辨識(shí)。根據(jù)對(duì)象的響應(yīng)特性，辨識(shí)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(duì)象開(kāi)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(shí)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(duì)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(gè)模糊PID控制器。通過(guò)仿真驗(yàn)證了模糊PID在大慣性控制對(duì)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(dòng)，而且對(duì)內(nèi)筒溫度改變干擾抗擾動(dòng)能力強(qiáng)。
　　3)外筒預(yù)測(cè)PID串級(jí)控制仿真。為了

3、減小外筒溫度改變時(shí)對(duì)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(gè)時(shí)變的非線性控制對(duì)象，設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)PID串級(jí)控制器。仿真表明，預(yù)測(cè)PID串級(jí)控制較常規(guī)PID有比較好的抗擾動(dòng)能力，但響應(yīng)速度略慢；預(yù)測(cè)PID串級(jí)控制較預(yù)測(cè)控制，不但有較快的響應(yīng)速度，而且還具有較好的抗擾動(dòng)能力，能夠減小因外筒溫度改變而對(duì)內(nèi)筒溫度的影響。
　　4)內(nèi)筒模糊解耦控制仿真。本文針對(duì)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(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證了靜態(tài)解耦

4、和動(dòng)態(tài)解耦控制系統(tǒng)的不同控制效果。動(dòng)態(tài)解耦實(shí)現(xiàn)完全解耦是建立在對(duì)象精確模型的基礎(chǔ)上，對(duì)于一般的控制對(duì)象，靜態(tài)解耦往往也能夠達(dá)到控制要求。對(duì)于控制對(duì)象的非線性特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊解耦控制器，通過(guò)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(duì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立出的模型不能確切反映對(duì)象在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)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(duì)實(shí)際控制對(duì)象控制效果的可靠