基于改进型smith控制的加热炉温度控制系统设计.doc
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基于改进型smith控制的加热炉温度控制系统设计,摘 要大迟延对象的控制一直是控制领域研究的焦点问题。加热炉温度控制便属于这类复杂的控制对象。对于无滞后或滞后比较小的系统,通常采用pid控制。对于大滞后系统，pid控制效果并不好，需要另加补偿，因此提出了smith预估补偿控制。而 smith 预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标，但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹...
内容介绍
此文档由会员 shixin7751 发布
摘 要
大迟延对象的控制一直是控制领域研究的焦点问题。加热炉温度控制便属于这类复杂的控制对象。对于无滞后或滞后比较小的系统,通常采用PID控制。对于大滞后系统，PID控制效果并不好，需要另加补偿，因此提出了Smith预估补偿控制。而 Smith 预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标，但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹配 ,而在实际中这是很难做到的,当模型失配时，Smith 预估算法就难以取得良好的控制效果,因此提出了改进型Smith控制系统。
本文具体讨论了纯滞后系统的Smith预估器，着重对这种控制算法进行了较深入的讨论，并提出了一种改进型Smith预估控制器，该控制器把自适应控制与Smith预估器有机地结合起来，实现对控制系统的参数自整定。仿真实验中，采用Smith预估补偿控制，系统响应迅速。若保持控制器和模型的参数不变，改变对象参数，使估计模型与之失配，此时Smith预估算法出现振荡，系统稳定性被破坏。改进型Smith算法不仅能够保持系统的稳定，而且振荡次数少，收敛速度快。
关键词:加热炉；增益自适应；Smith预估器
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 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 国内外基于加热炉温度控制的研究现状 1
1.3 课题研究的内容 3
第二章 传统的加热炉概述 4
2.1 加热炉及其模型的建立 4
2.1.1 加热温度控制系统总体结构图 4
2.1.2 加热温度控制系统模型的建立 4
2.2 加热炉结构及工作方式 5
2.2.1 加热炉结构 5
2.2.2 加热炉工作方式 6
第三章 PID控制理论 8
3.1 PID控制算法 8
3.1.1 模拟PID调节器 8
3.1.2 数字PID控制算法 8
3.2 PID的参数整定 9
第四章 改进型Smith预估器控制理论 12
4.1 Smith预估器控制理论 12
4.2 改进型Smith控制理论 14
4.2.1 增益自适应Smith预估补偿控制 14
4.2.2 完全抗干扰的Smith预估补偿控制 15
第五章 加热炉温度控制系统仿真研究 17
5.1 PID控制系统仿真研究 17
5.2 Smith控制系统仿真研究 18
5.3 Smith控制系统加扰动仿真研究 19
5.4 增益自适应Smith控制系统仿真研究 20
总 结 22
参考文献 23
谢 辞 24
大迟延对象的控制一直是控制领域研究的焦点问题。加热炉温度控制便属于这类复杂的控制对象。对于无滞后或滞后比较小的系统,通常采用PID控制。对于大滞后系统，PID控制效果并不好，需要另加补偿，因此提出了Smith预估补偿控制。而 Smith 预估算法则在模型匹配时具有好的性能指标，但是由于这种算法严重依赖模型的精确匹配 ,而在实际中这是很难做到的,当模型失配时，Smith 预估算法就难以取得良好的控制效果,因此提出了改进型Smith控制系统。
本文具体讨论了纯滞后系统的Smith预估器，着重对这种控制算法进行了较深入的讨论，并提出了一种改进型Smith预估控制器，该控制器把自适应控制与Smith预估器有机地结合起来，实现对控制系统的参数自整定。仿真实验中，采用Smith预估补偿控制，系统响应迅速。若保持控制器和模型的参数不变，改变对象参数，使估计模型与之失配，此时Smith预估算法出现振荡，系统稳定性被破坏。改进型Smith算法不仅能够保持系统的稳定，而且振荡次数少，收敛速度快。
关键词:加热炉；增益自适应；Smith预估器
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 录
第一章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 国内外基于加热炉温度控制的研究现状 1
1.3 课题研究的内容 3
第二章 传统的加热炉概述 4
2.1 加热炉及其模型的建立 4
2.1.1 加热温度控制系统总体结构图 4
2.1.2 加热温度控制系统模型的建立 4
2.2 加热炉结构及工作方式 5
2.2.1 加热炉结构 5
2.2.2 加热炉工作方式 6
第三章 PID控制理论 8
3.1 PID控制算法 8
3.1.1 模拟PID调节器 8
3.1.2 数字PID控制算法 8
3.2 PID的参数整定 9
第四章 改进型Smith预估器控制理论 12
4.1 Smith预估器控制理论 12
4.2 改进型Smith控制理论 14
4.2.1 增益自适应Smith预估补偿控制 14
4.2.2 完全抗干扰的Smith预估补偿控制 15
第五章 加热炉温度控制系统仿真研究 17
5.1 PID控制系统仿真研究 17
5.2 Smith控制系统仿真研究 18
5.3 Smith控制系统加扰动仿真研究 19
5.4 增益自适应Smith控制系统仿真研究 20
总 结 22
参考文献 23
谢 辞 24
