大时滞过程控制系统及MATLAB仿真

实用文档文案大全西安科技大学研究生考试试卷学号201206273姓名陈体军所在学院电气与控制工程学院学科、专业仪器仪表工程考试科目先进控制理论与高级控制装置考试日期________________课程学时________________开（闭）卷________________题号分数阅卷人12345678910总分注意事项1、考生必须遵守考场纪律。2、答题必须写清楚题号。3、字迹要清楚，保持卷面整洁。4、试题随试卷一起交回（试题写在黑板上时，答题时应抄写题目）。实用文档文案大全先进控制理论与高级控制装置期末论文题目：大纯滞后过程控制及MATLAB仿真Subject:BigpurelagprocesscontrolandMATLABsimulation学号:201206273姓名：陈体军专业:仪器仪表工程实用文档文案大全摘要纯滞后系统在现代工业生产过程中是广泛存在的，精确控制难度较大。因此，纯滞后系统是控制理论研究的一个重要领域，特别是很多温度、流量等控制系统都是具有纯滞后的系统，对它的研究有着很重要的现实意义；针对这一问题，本文探讨了几种较为成熟的纯滞后系统常规控制方法，微分先行控制、中间微分反馈控制、史密斯预估补偿以及它的改进算法等。首先，本文分析了纯滞后系统的特点，提出了现阶段的控制方法，常规控制方法和智能控制方法，本文重点介绍了常规控制方法，其中史密斯预估补偿控制效果突出，在实际应用中较为广泛，最后对改进型史密斯预估补偿控制进行了实例分析并仿真，结果表明,史密斯控制具有更好的稳定性,对于大时间滞后系统是一种比较实用的控制方法。关键字：纯滞后控制系统；史密斯控制；MATLAB仿真实用文档文案大全AbstractPurelagsysteminmodernindustrialproductionprocessiswidelyexist,accuratecontroldifficult.Therefore,purelagsystemcontroltheoryisanimportantfield,especiallyalotoftemperatureandflowrateonthecontrolsystemisapurelagsystem,theresearchonithasveryimportantpracticalsignificance;Inordertosolvethisproblem,thispaperdiscussesseveralrelativelymaturepurelagsystemconventionalcontrolmethod,differentialadvancedcontrol,intermediatedifferentialfeedbackcontrol,Smithpredictivecompensationanditsimprovedalgorithm,etc.Firstofall,thispaperanalyzesthecharacteristicsofpurelagsystem,putsforwardacontrolmethod,theconventionalcontrolmethodandintelligentcontrolmethod,thispapermainlyintroducestheconventionalcontrolmethod,whichSmithpredictivecompensationcontroleffectisprominent,morewidelyinpracticalapplication,theimprovedSmithpredictivecompensationcontrolisanalyzedandthesimulation,theresultsshowthattheSmithcontrolhasbetterstability,forbigtimelagsystemisakindofpracticalcontrolmethod.Keywords:Purelagsystem;Smithcontrol;MATLABsimulation实用文档文案大全目录1引言............................................................11.1纯滞后系统特点...................................................11.1.1纯滞后的产生..................................................11.1.2具有纯滞后对象的传递函数......................................21.2纯滞后系统控制方法研究的现状...................................21.2.1常规控制方法..................................................21.2.2智能控制方法..................................................32纯滞后系统的设计.................................................42.1改进的常规控制方案..............................................42.1.1微分先行控制..................................................42.1.2中间微分反馈控制..............................................52.2补偿控制方案.....................................................52.2.1纯滞后补偿原理................................................62.2.2史密斯滞后控制补偿及实例仿真..................................62.2.3完全抗干扰的史密斯滞后补偿控制...............................112.2.4增益自适应性补偿控制.........................................112.2.5改进型史密斯补偿控制.........................................122.2.6控制参数整定方法的介绍.......................................133改进型Smith补偿控制仿真研究实例..........................143.1MATLAB的介绍....................................................143.2过热器概述......................................................143.3过热气温控制系统实例及参数整定................................143.3改进型Smith补偿控制器仿真研究................................153.3.1改进型Smith补偿控制器主控制器参数整定........................153.3.2改进型Smith补偿控制器辅助控制器参数整定.....................163.3.3加入扰动时的系统控制研究.....................................17参考文献.................................................................20实用文档文案大全实用文档文案大全1引言在化工、炼油、冶金、航空航天、机械制造业等复杂工业过程中，广泛存在大时滞现象;如生产过程的物料传输、直升飞机俯仰调节系统、化工过程的聚合反应过程、以及化工、电力生产中温度、流量、压力的测量过程等均存在时滞，被控对象本身时滞的存在相当于在控制系统中引入了附加的相移，使系统趋于不稳定;导致系统的超调量变大，调节时间加大;甚至出现振荡、发散，使系统的动态品质变差。时滞环节的存在相当于被控制对象变成无穷阶，即具有无穷多个极点;要通过有限维的控制器获得比较满意的控制性能具有一定的难度。当时滞时间比较小时对被控过程性能影响不大，可以忽略其影响，但是，当时滞时间大到一定值时，其对控制系统的影响必须考虑。一般以被控对象的时滞时间:与其时间常数T之比的大小来确定是否为大时滞:当O.IT时，时滞很小，时滞作用不强，此时可忽略时滞对系统的影响。当:0.5T时，时滞作用强，则该被控过程就可以认为是大时滞过程。此时不能忽略时滞对系统的影响。1.1纯滞后系统特点1.1.1纯滞后的产生在自然界里，总是存在各种各样的滞后现象，比如河水流动的滞后，声音传播的滞后，生物体神经传导的滞后，只不过有的滞后时间较长，被人们明显的感觉到了，有的滞后时间很短，被人忽略了，但滞后的存在是一种自然现象，不可人为的去除，只能想办法克服或给以补偿，在工业生产过程中，滞后系统也是大量存在的，特别是在石油冶炼、化肥生产企业，滞后产生的主要原因有：对系统被测变量的测量变送延时，比如某种化学成分或物体温度作为被测变量时，由于分布参数过程或测量对象是非线性高阶系统等原因，测量信号的起始部分变化非常缓慢，近似为纯滞后，也可能是由于系统中信号的传递延时，比如气压信号在管路中的传输延时。在实际控制中，有时因滞后很小，对系统的影响不大而在系统的设计或建模中将滞后忽略，但是在更多的实际过程中，滞后是不能省略的，如大纯滞后系统，滞后时变系统等。这些对象的纯滞后时间对控制系统的控制性能影响极为不利，特别当对象的纯滞后时间与对象的时间常数之比大于0．5时(称为大时滞系统)，采用常规的控制方法很难获得满意的控制效果。根据控制理论的分析可以知道，由于滞后环节的存在，相当于使系统变成了无穷阶，有无数个闭环极点，当前施加的控制作用需要经过一段时间才会在输出中反映。时滞的存在会增加系统的相角滞后，严重影响了系统的稳定性，导致系统的超调量变大，调节时间变长，甚至出现振荡、发散，系统的动态品质大大下降。实用文档文案大全1.1.2具有纯滞后对象的传递函数纯滞后环节的特点是其输出信号比输入信号延迟一定的时间，单位阶跃响应的时域表达式为：ytxt（1.1）公式中为纯滞后时间。对上式求拉普拉斯变换，可得：sYsXse（1.2）由此可得纯滞后环节的传递函数：/sYsXsGse（1.3）在实际自动控制系统中，被控对象往往与执行机构一起构成广义被控对象。它的动态特性通常可近似为具有纯滞后的一阶系统：+1sKGseTS（1.4）或是二阶系统：12=11sKGseTSTS（1.5）事实上，实际中的系统地阶次可能更高，但在系统的控制要求内，可将大部分高阶系统近似为以上两种形式。时滞过程的控制难度一般用来/T衡量，越大，系统越难以控制。1.2纯滞后系统控制方法研究的现状从上世纪50年代以来，随着自动控制理论的发展，针对纯滞后控制系统，先后出现了很多常规控制方法和智能控制方法这两大类。常规控制方法一般需要知道被控对象的数学模型，有PID及PID改进算法控制，大林算法控制，预估补偿控制，内模控制，鲁棒控制等。智能控制方法不需要知道对象的数学模型，有模糊控制，神经网络控制，遗传算法，专家系统等。近年来，有些学者尝试把两类方法结合起来构成一些新兴的复合控制算法，也取得了不错的效果。下面我们对其中一些方法做一个简要回顾。1.2.1常规控制方法上世纪60年代，smith提出了smith预估控制器