大时滞过程自整定控制及其在制浆造纸工业中的应用

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1、上海突遇大学博士学位论文籀薹在化工、轻化、冶金等生产过穰中广泛存在着时滞现象。时滞常常是导致实际控制系统品震恶亿莓至不稳定豹主要翻素。德着纯滞后鲍增翔，控制的难度显著增大。因此，时滞系统控制一直是控制界的一个搀续的研究热点。抄纸过援定餐控制基鼹是～个罕冕豹大对滞对象，酎滞时间长达数百秒，且随着生产纸种和纸机车速的不同而发生变化，是抄纸过程质量控制中螅最大难点。本文结合制浆造纸过程控制方面的国家“九·赢”攻关项目(项目合同号分别为：97-6t9-02-03撵97-6t9-02-04)，对大对滞过程的控制闯越震开研究，在技术科学领域研究了不确定大时滞过程的皂整定控制。这一碍}究不傻具鸯重要麴理

2、论意义，丽矗对提赢产品矮量，缩短系统调试时间，提高生产力也有显著作用。f本文主要贡献在于、◆非积分高阶过程模型降阶问题的研究给出了两种非积分高阶过程模型降阶方法——图解降阶法和矩降阶法。前者将经典建模法率熬输跃响应建模应用子穰羹降阶，荦j蔫Matlab工其，通过豫圈和计算确定相应低阶逼近模型参数；熙者是基于脉冲确虚数模型降除方法，它是逶过计算攀经躲渖确应酌裁鬻个或三个矩来确定低阶逼近模型参数。这两种方法直观．简单，具有较大的工程实用价媲。丈量仿龚袭明它们对菲积分商阶过程具有很好的逼近能力。OAstrom．Hagglund继电反馈辨识方法的改进对Astrom帮Hagglund提出的其有禳大实

3、用价值的继氡反馈在线辨识方法(A．H法)进行7改进，使之逑用予大慰漤进程辨识。A。H法采爨“一点法”获得对象Nyquist静线上特征点的极限环信息，壬庚国和王豫刚等对其进行改进，采用“两点法’壤辨识对象低阶逼近模型FOPDT(一阶过程加纯滞后)或SOPDT(二阶过程加纯滞后)参数。但对大时滞过程的辨识，这些菠遗方法仍然存在较大误差。本文在王蓝剐等入研究的基确上傲了进一步的改进，首次提出闭环系统输出振荡幅馕修正系数c囊，明显提裹了继电反镶对大肄滞过程的辨谈耩发，荠跌理论上找到了c0的取值。◆三种自整定控制策略的研究对PID、内模控制(IMC)和Smith预估器进行改进，提出三种基于继电反馈辨

4、识的自整定控制方法：基于蠛建裰疫翱提热耱艘鲁棒性能指标躲大对滞过程鑫整定PID／PI控制文串分模墅冤关耦模型相关两种情况展开讨论。前者是指P1D／PI参数楚定不需要知道对象数学模型，只鬟获褥在s平面上对象Nyquist曲线与受虚轴交点4。处的极限环信息。便能进行PID／PI参数的自整宠：螽者是指PID／PI参数整定依羧于对象数学模鍪，蓄先通过“两点法”辨谈对象低阶逼近模型FOPDT或SOPDT，爵结会鲁棒搜能撂标设诗按翱嚣+实现PID／P[参数的鸯蘩定。它{fj充分利用了继电反馈辨识方法的优点，参数接定能在不影响正常生产的情况下在线进行，具鸯鲁棒性好，抗扰能力强等优点，适含于丈时滞过程控制

5、。另外，文中还拾出了在线辨识和闭环控制阐的无扰锈按耀聪。。双自由度是整寇IMC设计双控靠《器设计技术是近+年来发震起来螅一释控翱器设计技术。针对设定值跟踪和干扰衰减对控制器设计的不圈要求，设计双控削器使得设定值跟踪秽干扰衰减响应分离并同时趋于焱优。对时滞过程有良好控制效果的IMC进行改进，提出了双自垂度盆整宠IMC接期方法，遴～步改善‘r它瓣大辩滞过程静控翩洼隧和鲁棒住。双自由废的引入使没定值跟踪和干扰衰减控制器参数都能分别避过一个霹调参数(^兢厶)遴{亍调整，使得相应的响应趋于最优；自整定功能使工程现场调试工作量进一步缩短。摘要双自由度自整定Smith预估器设计针对传统Smith预估器对

6、过程模型参数摄动敏感这一弱点，采用继电反馈辨识和双控制器设计技术，提出了双自由度自整定Smith预估器。设定值跟踪控制器被设计成理想PID，其参数可通过一个可调参数^进行调整；对于干扰衰减控制器，这里首次将其设计成近似微分PID控制器，其参数通过另一可调参数^进行调整，同时文中还给出了太的取值范围，方便了控制器的参数整定。◆研究了几种控制方法在传递函数意义上的结构等价性问题阐述了以／H，Smith预估器的设计过程，找到了Smith预估器、Dahlin算法与实际PID间的内在联系，指出Ⅳ。／H，Smith预估器、连续域Dahlin算法控制器与实际PID控制器在传递函数的意义上是结构等价的，并

7、将其推广到IMC和DMC中去。文中还给出了解析的控制器参数整定表达式，并强调：PID控制策略可以用于大时滞过程控制，控制效果取决于PID控制器的参数整定：传统Smith预估器的鲁棒性能可以通过选择合适的参数整定方法而得到改善。◆工程应用——制浆造纸过程控制概述了制浆造纸全过程的典型工艺流程和主要环节质量控制指标；介绍了当今过程控制的主流控制平台——Dcs和FCS，并结合我国过程控制现状和作者自己的认识，提出了我国过程控制