时滞过程控制方法的研究

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1、摘要工业过程控制中广泛地存在着时滞现象，由于时滞的存在，对系统的设计和控制增加了很大的困难。因此，时滞过程的控制方法一直是控制理论研究的重要课题。本文主要研究在工业过程中得到大量应用的PID控制、内模控制和Smith预估控制，并在研究总结现有理论成果的基础上进行了时滞过程控制方法的改进与创新。研究的主要内容包括：1．研究总结了PID参数自整定方法，主要包括Z-N法、改进的Z—N法、Astr6m法、PM法和SPAIVl法，并通过仿真对几种方法进行了性能比较。2．提出了一种利用标准化死区时间整定PID参数的新方法，并利用曲线拟合最小二乘法求得控制器的整定公式。3．重点阐述了

2、内模控制与经典反馈控制，以及内模控制与Smith预估器控制之间的关系。内模控制可以看作是Smith预估器的一种扩展，而且它可以用来设计PID控制器。4．针对Smith预估器对过程模型偏差极为敏感，不适用于不稳定和积分过程的缺陷，深入分析了Smith预估器的解析设计方法和改进的Smith预估器控制方案。5．在Majhi法的基础上，提出了一种利用内模控制原理来设计修正的Smith预估器的新方法。首先通过内模控制和ISE指标设计给定点跟踪控制器，然后根据实际运行抗干扰要求，利用最佳相位裕度标准或Nyquist稳定性判据设计负载扰动控制器。6．通过仿真实例验证了本文提出的控制方

3、法的有效性，并与现有的方法进行了性能比较。关键词：时滞过程PID控制自整定内模控制Smith预估器积分平方误差指标ABSTRACTProcesseswithtimedelaywidelyexistintheprocesscontrolindustries．Thesystemanalysisandcontroldesignbecomemoledifficultbecauseoftimedelay．So，greateffortshavebeenmadetodevelopeffectivecontrolstrategiesfortheprocesseswithtimedela

4、y．Inthispaper,thePIDcontroller,theIMCandtheSmithpredictor,whichhavebeencommonlyadoptedinpractice．aremainlystudied．Newcontrolmethodshavebeenprovidedbased013．theexistedacademicachievements．Themaincontentsoftheresearchinclude：1．SomeofthemostusedPIDtuningmethods，such鹊Z—N，R-Z-N，Astr6m,PM，SPAM

5、andsoon,arediscussedandtheirperformanceiscomparedbysimulations．2．AnewmethodtuningthePIDparametersispresentedbythenormalizeddeadtimeofprocess．Thetuningformulaeareobtainedfromthecurvl{fittingintheleast-squaressense．3．TherelationshipbetweentheIMCandthesingle-loopcontrolisarguedindetailandth

6、eIMCcanbeexploitedtotunePIDeonlrollersinsingle-loopconfiguration．Furthemlore，theIMCcontrollercanalsobeviewedas锄extensionoftheSmithpredictor．4．TheSmithpredictorissensitivetomodelelTOlrandcannotbeusedforunstableprocesses01"integratingprocessessinceaconstantloaddisturbancewillresultinastead

7、y·stateell'Or．Inthispaper,anaiyticalapproachesandmodifiedmethodsforSmithpredictorarcanalyzedandsummarized．5．AnewapproachispresentedtofindthecontrollerparametersforthemodifiedSmithpredictorgiveninMajhimethodbyIMC．ThecontrollerforsetpointtrackingisderivedbyIMCprinciplesandI