电加热炉的系统辨识与自适应控制教程.doc

电加热炉的系统辨识与自适应控制 目 录 TOC \o 1-3 \h \u  HYPERLINK \l _Toc13800 一、电加热炉的先验知识  PAGEREF _Toc13800 1  HYPERLINK \l _Toc8995 1.1 电加热炉的工作原理  PAGEREF _Toc8995 1  HYPERLINK \l _Toc3452 1.2 电加热炉温度控制系统的硬件构成  PAGEREF _Toc3452 2  HYPERLINK \l _Toc18629 二、电加热炉系统辨识  PAGEREF _Toc18629 3  HYPERLINK \l _Toc13981 2.1 电加热炉温度系统模型  PAGEREF _Toc13981 3  HYPERLINK \l _Toc8681 2.2 最小二乘估计的递推算法  PAGEREF _Toc8681 4  HYPERLINK \l _Toc17850 2.3 最小二乘估计的递推算法辨识及仿真  PAGEREF _Toc17850 5  HYPERLINK \l _Toc23701 三、电加热炉系统的自适应控制算法及仿真  PAGEREF _Toc23701 8  HYPERLINK \l _Toc14028 3.1 电加热炉系统控制问题的提出  PAGEREF _Toc14028 8  HYPERLINK \l _Toc6850 3.2 广义最小方差间接自校正控制算法  PAGEREF _Toc6850 8  HYPERLINK \l _Toc27198 3.3 广义最小方差间接自校正控制仿真  PAGEREF _Toc27198 9  HYPERLINK \l _Toc20509 参考资料  PAGEREF _Toc20509 15  PAGE \* MERGEFORMAT 15 电加热炉的系统辨识与自适应控制 一、电加热炉的先验知识 1.1 电加热炉的工作原理 我选择电加热炉作为辨识和自适应控制设计与仿真实验的对象。 电加热炉的工作原理为：布置在炉内的加热元件将电能转化为热能，通过辐射或对流的方式将热能传递给加热对象，从而改变对象的温度。 通常的工业过程都对炉温的控制提出了一定的要求，这就需要对电加热炉的进行控制，调节它的通电时间或通电强度来改变它输出的热能。传统的控制方法 有两种：第一种就是手动调压法，即是依靠人的经验直接改变电加热炉的输入电压，其控温效果依赖于人为的调节，控制精度不高，且浪费人力资源。第二种控制方法在主回路中采取可控硅装置，并结合一些简单的仪表，保温阶段自动调节，升温过程仍依赖于试验者的调节，它属于半自动控制。随着微型计算机、可编程逻辑控制器的出现和迅速更新换代，智能温度控制仪表、工业控制计算机在电加热炉温度控制领域日益得到广泛地应用。借助计算机强大的数据处理和运算能力，引入反馈的思想，运用现代控制理论，实现对炉温的全自动化控制[1]。 以常用的恒温箱式电加加热炉为例，采用反馈控制。该控制系统的目的是要实现炉内的温度与给定温度值一致，即保持温度恒定，是一个典型的自动控制系统。 当然，系统给定的不是具体的期望温度值，而是通过给定电位器给定一个电压。电加热炉内的实际温度由热电偶转换为对应的电压。给定电压信号与实际温度所对应的电压比较得温度偏差信号经放大器放大后,用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时,动触头向减小电压的方向运动,反之加大电压,直到温度达到给定值为止,此时,偏差,电机停止转动。 上面只是一个比较简单的闭环温度控制系统。 1.2 电加热炉温度控制系统的硬件构成 电加热炉温度控制系统框图如图1.1所示。 图1.1电加热炉温度控制系统 按照信号的流动，其工作原理大致是：首先将热电偶传来的带有温度信号的毫伏级电压滤波、放大，送至A/D 转换器，这样通过采样和A/D 转换，就将所检测的炉温对应的电压信号转换成数字量送入了控制装置（如微机、智能仪表的处理器等）；在控制装置内计算出该电压信号对应的温度值，然后将它与给定的温度值进行比较，并按一定的控制算法进行运算；运算结果通过控制晶闸管在控制周期内的触发角，也就是控制电加热炉的平均功率的大小来达到温度控制的目的。 设计温度控制算法时还需要将上述的原理图简化成模型如图1.2所示，以便于系统进行分析。 图1.2系统简化模型图 模型中的控制器就是广义的加载到计算机或微处理器上的控制算法，晶闸管模块、电加热炉、加热对象一起归为控制对象，而A/D 转换器、热电偶则构成