高階時(shí)滯系統(tǒng)的帶虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償?shù)腜I切換控制及在水箱中的應(yīng)用.pdf

1、在工業(yè)過程控制中，PID控制器是一種應(yīng)用較為廣泛、控制效果較為良好的低階線性控制器。對于多數(shù)的模型對象，通過調(diào)整PID參數(shù)，控制器均能取得理想的控制效果。然而，對于具有較強(qiáng)非線性特性和較大時(shí)間滯后常數(shù)的被控對象，PID控制器往往不能取得令人滿意的控制效果。特別的，對于一類高階時(shí)滯單輸入單輸出線性時(shí)不變系統(tǒng)，PID控制器的參數(shù)存在著能控的范圍。水箱液位系統(tǒng)是一類典型的被控對象，很多化工生產(chǎn)工藝的整體或局部都可以抽象為水箱液位系統(tǒng)。因此，水

2、箱系統(tǒng)的液位控制研究具有很大的研究價(jià)值和廣泛的應(yīng)用背景。然而，對于一類高階滯后的非線性單輸入單輸出水箱液位系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制器不能取得良好的控制效果。所以，針對水箱液位系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和模型對象，采用有效的控制方法成為一個(gè)重要的研究課題。
　　本文依托東北大學(xué)流程工業(yè)綜合自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，提出了一種基于虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償?shù)腜I切換控制方法并針對通用模型和實(shí)際的水箱液位系統(tǒng)進(jìn)行了控制實(shí)驗(yàn)研究，主要工作歸納如下：
　　1.

3、對高階時(shí)滯系統(tǒng)進(jìn)行了描述，并給出了高階時(shí)滯系統(tǒng)PI控制器能控參數(shù)范圍的計(jì)算方法;
　　2.針對虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償，采用了基于以往數(shù)據(jù)的方法，以兩種形式對針對虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償進(jìn)行了計(jì)算和估計(jì)。針對高階時(shí)滯系統(tǒng)模型特性，將其數(shù)學(xué)模型表述為低階線性模型和高階虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償之和的形式，在工作點(diǎn)附近設(shè)計(jì)了由線性PI控制器、基于虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償?shù)姆蔷€性控制器和切換準(zhǔn)則組成的非線性切換控制器，并選用了一類高階時(shí)滯系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，驗(yàn)證

4、了所設(shè)計(jì)方法的正確性;
　　3.針對本文所研究的水箱液位系統(tǒng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)和模型特性，根據(jù)動態(tài)物料平衡方程和過程控制建模方法建立了機(jī)理模型和控制器設(shè)計(jì)模型，并給出了參數(shù)辨識方法。在此基礎(chǔ)上，采用降階的模型設(shè)計(jì)了基于虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償?shù)腜I切換控制器并進(jìn)行了水箱液位系統(tǒng)控制的仿真研究，并與采用線性PI控制器、基于虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償?shù)腜I控制器和基于前一拍補(bǔ)償?shù)腜I非線性控制器時(shí)的液位仿真控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了該切換控制器能夠獲

5、得最佳的控制效果;
　　4.利用在東大智能多功能過程控制實(shí)驗(yàn)平臺上，進(jìn)行了控制器設(shè)計(jì)模型的參數(shù)辨識，并根據(jù)辨識所得的系統(tǒng)模型進(jìn)行了PI控制器能控參數(shù)范圍的計(jì)算。然后，進(jìn)行了基于虛擬未建模動態(tài)補(bǔ)償?shù)腜I切換控制實(shí)驗(yàn)研究，并與采用線性PI控制器和基于前一拍補(bǔ)償?shù)腜I非線性控制器的液位控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的切換控制器能夠達(dá)到滿意的水箱液位控制效果，從而充分驗(yàn)證了本文所提的控制方法具有很高的控制精度和很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。