基于网络的温度控制系统设计与研究

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1、东北大擘硕士学位论文摘要基于网络的温度控制系统设计与研究摘要温度控制系统中的时滞是工业生产过程中普遍存在的现象，由于时滞的存在，扰动不能被及时察觉，控制作用需长时间后才能反映到系统输出上，因此使控制器参数不容易选取，若控制参数调整不当，会造成系统控制品质的下降，严重时会导致系统不稳定。时滞系统的控制是当前学术界和工程界的研究热点之一，因此研究温度控制系统中的时滞过程的控制方法具有非常重要的理论和实际意义。经典控制由于具有结构简单、可靠性及实用性强等特点，在实际生产过程中得到了广泛的应用。而智能控制在鲁棒性

2、、抗干扰能力方面有很大的优势。但智能控制也有其不足之处，即理论性太强，算法过于复杂，大多数方法还仅局限于理论和仿真研究，能在实验装置上和工业生产中应用的并不多。目前，时滞系统的主要控制方法还是PⅢ控制和Smilh预估控制。对于小时滞系统，PID控制可以得到满意的控制效果。但对于大时滞系统，PID控制的稳定域就会急剧变小，有时甚至无法应用。为解决上述问题，因此常有的方法就要采用Smith预估器，它在模型匹配情况下可以非常好的补偿时滞，得到较好的控制效果。文章针对大时滞系统提出了PI-Smith预估控制。为了

3、研究提出的PI-Smith预估控制的有效性及积累实际应用经验，利用工业以太网、PROFmuS技术并结合winCC组态软件和PLC可编程控制器搭建了一个模拟实际过程的实验系统。系统采用两级网络拓扑结构，上层为工业以太网，下层为PROFIBUS现场总线。在该网络系统中，通过工业以太网实现上位机与pLC的通讯，PR()FmUS-DP、珂∞FmuS-PA用以实现对现场数据的采集及对执行机构的控制。设计了PI-Smith预估控制器，编写了PID控制和PI-Smith预估控制的程序，并设计了系统的监控界面。在FCS实

4、验装置上分别运用PID控制和PI-Smilh预估控制进行了线性系统实验、控制特性实验和抗干扰实验，得到了比较理想的结果，并对实验结果进行了分析，总结比较了两种控制方法的优缺点和存在问题。结果表明：本文提出的PI*Smith预估控制可以对实际温度控制系统进行有效的控制，具有一定的应用价值。关键词：网络控制系统；现场总线i组态；温度控制：PI-Smith预估控制一Ⅱ一东北大学硕士学位论文DesignandResearchofTemperatureControlSystemBasedonNetworkAbstr

5、actTnnedelayintemperaturecontrolsystemisacOllllnOnphenomenoninmanyindustrialprocesses．Becauseofthetimedelay,thedisturbancecantbeobservedintimeandthesystemoutputcanbeaffectedafteralongtimeandtheparametersofcontrollercannotbeselectedeasily．Becauseofinsuffic

6、iencyoftheparametersselected,thecontrolperformanceofthesystemwillbedeteriorated,andthenthesystemwillnotbesteady．Nowadaysthecontroloftime-delayprocessintemperaturecontrolsystemisstillaresearchhotspotinacademeandengineeringfield．Theoreticandpracticalsignifi

7、canceofresearchoncontrolisilluminatedinthispaper．Classicalcontrolhassimplestructure，goodreliabilityandpracticability．Itiswidelyusedinpracticalmanufactureprocess．Butintelligentcontrolhasstrongadaptabilityandrobustness，moreover,itsperformanceagainstdisturba

8、nceisgood．However,intelligentcontrolhasshortcomings，i．e．strongtheoreticsandcomplicatedalgodthm．Mostmethodsareconfinedtotheoreticalandemulationalresearch,whicharerarelyusedintheexperimentsettingandtheindustrialmanufa