基于预测pi的双容系统控制算法研究与应用

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1、学校代码：10255学号：2161321基于预测PI的双容系统控制算法研究与应用RESEARCHANDAPPLICATIONSOFDUAL-CAPACITYCONTROLSYSTEMBASEDONPREDICTIVEPICONTROLSTRATEGY学科专业：控制工程论文作者：文盼指导老师：任正云答辩日期：2018.5.25基于预测PI的双容系统控制算法研究与应用基于预测PI的双容系统控制算法研究与应用摘要双容系统广泛存在于化工、石油、污水处理等流程工业中，实际应用中多数仍使用传统的PID控制器进行控制。但由于双容系统往往具有大惯性、非线性、大时滞及多干扰等特

2、点，应用传统控制方法难以得到良好的控制品质以及理想的鲁棒性，因此对双容系统新型控制方法的研究具有重要实际意义。双容水箱系统是流程工业中许多复杂双容系统的原型，是过程控制中的典型对象。本文以双容水箱为研究对象，提出了基于预测PI的串级控制方案，研究了其参数整定方法与原则，并在Opto22中对控制方案进行工程化实现。最后将所研究的成果拓展到流程工业之中，设计了基于预测PI的脱丙烷塔塔顶温度控制系统及单晶硅液面温度控制系统，验证了该控制方案在实际工业过程中的可行性与实用性。本文的主要研究内容和创新点如下：（1）双容水箱系统具有大惯性特性，本文分别阐述了单容和双容水箱

3、系统结构和工作原理，分析内在机理，采用机理建模的方法建立其数学模型，通过阶跃响应测试验证模型参数准确性。（2）提出一种基于鲁棒性的绝对误差积分（RobustIAE）的新型控制系统评价指标，引入模拟退火算法对预测PI算法的参数进行优化整定，使得预测PI的控制效果在响应速度和鲁棒性能上达到最I基于预测PI的双容系统控制算法研究与应用优。（3）针对基于传统PID控制器的串级控制存在超调，参数整定较为复杂的缺点，提出一种基于预测PI的串级控制方案。分析比较两种控制方案对双容水箱的控制效果，结果表明基于预测PI的串级控制方案具有更好的控制品质、较强的抗干扰性能以及良好

4、的鲁棒性。（4）基于Opto22PACProject平台对基于预测PI的双容水箱串级控制方案进行工程化实现，验证其实际控制效果。在OptoControl中设计控制策略，对控制算法作离散化处理，在PACDisplay中设计人际交互界面（HMI），用户通过该界面可观测系统的实时运行状态及在线调整参数。（5）脱丙烷塔塔顶温度和单晶硅液面温度都是双容且存在滞后的对象，分别设计这两类对象的预测PI串级控制系统，前期调试检验了预测PI串级控制在工业生产过程中的实用性。关键字：双容系统；预测PI；串级控制；模拟退火；Opto22II基于预测PI的双容系统控制算法研究与应用R

5、ESEARCHANDAPPLICATIONSOFDUAL-CAPACITYCONTROLSYSTEMBASEDONPREDICTIVEPICONTROLSTRATEGYABSTRACTDual-capacitysystemsarewidelyfoundinprocessindustriessuchaschemical,petroleum,andsewagetreatment.ThetraditionalPIDcontrollersarestillusedinmostofdual-capacitysystems.Duetothecharacteristicsof

6、thelargeinertia,nonlinearity,largedelayandmulti-interferenceindual-capacitysystems,itisdifficulttoobtaingoodcontrolqualityandidealrobustnessbyapplyingtraditionalcontrolmethods.Therefore,thestudyofthenewcontrolmethodsfordual-capacitysystemshasimportantpracticalsignificance.Thedual-ca

7、pacitywatertanksystemistheprototypeofmanytypicaltwo-capacitysystemsinthecomplexprocessindustry.Inthispaper,adual-capacitywatertankistakenastheresearchobjectandacascadedcontrolschemebasedonpredictivePIisproposed.Meanwhile,itsparameterstuningmethodandprinciplesareillustratedandtheengi

8、neeringimplementati