基于模糊Smith智能控制的电阻炉温控系统研究

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在实际工业生产过程中,广泛地存在着时滞。时滞的存在对工业控制系统的性能产生不利影响,特别是当时滞较大时,用常规的PID方法难以取得良好的控制效果,甚至出现不稳定现象。因此,如何改善时滞控制过程的控制品质一直是控制界的学者和研究人员关注的课题。网带式电阻炉是热处理工业中常用的设备,是一类典型的大时滞系统,具有大滞后、参数时变、非线性特性以及存在种类繁多的干扰。其温度控制的好坏直接影响到产品质量和生产成本,因而提高该类对象的控制品质具有广泛的实际应用价值。本文详细分析了Smith预估控制、模糊控制、内模控制的原理与特性。Smith预估器从理论上解决了时滞补偿的问题,但其对模型的误差十分敏感,鲁棒性较差,限制了它在工业控制中的广泛应用。模糊控制具有不需要被控对象精确数学模型和函数逼近能力强鲁棒性好的优点,但它不能从本质上克服时滞。内模控制结构直观简明、调节性能好、鲁棒性强并能消除不可测干扰的影响。针对电阻炉大时滞的特性,提出了模糊Smith智能控制方案,按照内模设计方法对常规Smith预估控制进行了改进,引入反馈滤波环节,并用模糊控制来在线调整反馈滤波器参数。本文在具有一阶惯性环节Smith预估器的基础上,分别在被控对象的参数发生变化时进行仿真研究,得到了各种情况下惯性环节参数的整定规则,设计了一个实时调整滤波环节参数的模糊控制器。通过仿真表明模糊Smith智能控制方案改善了大时滞、模型失配、参数时变带来的不利影响,具有良好的控制效果,鲁棒性与抗干扰性得到显著提高。最后,以工控机和组态软件为平台,完成了电阻炉温度监控系统。现场实际运行表明,系统运行稳定,控制效果良好。
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