带积分的模糊smith预估器在电加热温度控制中的应用

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1、带积分的模糊Smith预估器在电加热温度控制中的应用

2、第1lunith预估器是解决大纯滞后系统控制的有效方法，但它依赖于被控对象精确的数学模型，使应用受到了限制。带积分的模糊Smith预估器兼有前者的特性，又不依赖于对象精确的数学模型，且有较强的鲁棒性。论文给出了设计方法及在电加热炉中的应用结果。　［关键词］　Smith预估器；模糊控制；电加热炉TheapplicationofanintegratedfuzzySmithpredictortothetemperaturecontrolofanelectricoven　　SHIXu－hua（Informati

3、onEngineeringInstituteofNingboUniversity，ZheJiang－Ningbo315211，China）　　Abstract：　ThoughtheSmithpredictorcontrollerisusefulforatime－delaycontrolsystem，itdependsontheaccuratemathematicmodelofacontrolledobject．Soitsindustrialapplicationislimited．TheintegratedfuzzySmithpredictorisalso

4、validforatime－delaysystem．Itcanreducethelimitationoftheabove－saidmodelandguaranteetherobustnesstothedisturbance．Thedesignmethodisdescribedinthepaper．Theresultofap－plicationshoperaturecontrolofelectricovens．Keyithpredictorcontroller；Fuzzycontrol；Electricoven<--关键EN(结束)←-->1　前

5、　言　　　　电加热炉温度控制要求控制系统能够满意地跟踪设定的温度曲线，即要求所设计的调节器具有较强地跟踪伺服信号的能力，具有良好的稳态性能及平稳的动态性能。由于电加热炉动态特性具有较大的容积滞后，温度上升和下降具有严重的不对称性，故采用常规的PID调节器控制此类对象，稳定时间较长，不能很好地满足工艺要求。如何有效克服大纯滞后的影响，理论上已有很多的方法，Smith预估控制器就是其中之一。　　传统的Smith预估控制器是在估计对象动态特性的基础上，用一个预估模型进行补偿，从而得到一个没有时滞的被调节量反馈到控制器。它的结构是在常规的PID控制器上并联一个时滞

6、预估器。Smith预估控制最大的优点是将时滞环节移到了闭环之外，最大的缺点是过份依赖精确的数学模型。当估计模型和实际对象误差较大时，控制品质会明显恶化，甚至发散，而对于外部扰动也非常敏感，鲁棒性较差。所以，一般的Smith预估控制系统难以在实际中得到真正的应用。论文将传统的Smith控制方法和模糊控制方法相结合，构成一种模糊Smith预估补偿器，提高了控制系统的稳定性和鲁棒性［1～3］，并成功地应用于电加热炉中。2　带积分的模糊Smith控制器设计　　　　模糊控制器是根据经验数据和理论分析确定隶属函数及控制规则的，因此不要求知道系统的精确数学模型，只需要提

7、供现场操作经验和操作数据来是有效的方案。具体过程是将输入变量的精确值模糊化，根据输入变量和模糊控制规则计算控制量，再将它反模糊化，得到精确输出去控制过程。　　文中提出的带积分的模糊Smith控制系统框图如图2—1所示。图中G（S）为传递函数：500)this.style.ouseg(this)">为对象无滞后部分，Gm（s）为预估器，理想情况为：500)this.style.ouseg(this)">，可通过对实际对象的阶跃辨识获取。500)this.style.ouseg(this)">为积分环节与模糊控制器并联，构成具有积分作用的模糊控制系统，模糊控制

8、器的输入为误差e和误差的变化信号500)this.style.ouseg(this)">，输出为um，K1、K2、和K3为尺度变换的比例系数。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">实时性，针对有限量化的输入变量，通过离线计算相应的控制量，组成控制量表。误差e和误差的变化信号500)this.style.ouseg(this)">、制量um的语言词集为：｛NL，NM，NS，NZ，Z，PZ，PS，PM，PL｝，输入信号隶属函数采用高斯型，输出信号um的隶属函数采用三角型。模糊论域的范围可

9、根据具体控制对象修正。　　模糊Smith控制器控制的基本原则为：当