锅炉内胆温度Smith控制算法的仿真研究毕业设计.doc

锅炉内胆温度Smith控制算法的仿真研究毕业设计 目 录 摘 要 I ABSTRACT III 目 录 V 第1章 绪 论 1 1.1 选题背景 1 1.2国内外温度控制研究现状及发展趋势 1 1.3本文研究内容 2 第2章 模拟锅炉内胆温度数学模型的建立 5 2.1数学模型的介绍 5 2.2建立数学模型的要求 5 2.3工程控制数学模型的建立方法 7 2.4数学模型的建立 8 2.5数据分析 9 2.6本章小结 9 第3章 PID和Smith控制算法 11 3.1 控制算法的介绍 11 3.1.1 PID控制算法 11 3.1.2模糊控制算法 11 3.1.3神经网络 12 3.1.4自适应控制算法 12 3.2 PID控制算法 13 3.2.1 PID控制的特点 13 3.2.2 PID调节规律 14 3.3 史密斯预估算法 15 3.4 本章小结 16 第4章 锅炉内胆温度控制的仿真 19 4.1仿真技术的介绍 19 4.1.1仿真技术的发展趋势 19 4.1.2 Matlab仿真软件的介绍 20 4.1.3 Matlab的优势 20 4.1.4 Simulink工具箱的介绍 22 4.2加入PID校正控制器的锅炉系统 23 4.2.1系统的设计 24 4.2.2加入 PID控制器后的锅炉系统的仿真 24 4.2.3加入干扰后的PID控制器的锅炉系统仿真 24 4.3采用Smith预估器的锅炉控制系统 25 4.3.1系统的设计 25 4.3.2带Smith预估控制器的锅炉系统的仿真 26 4.3.3加入干扰后的带Smith预估控制器的锅炉系统的仿真 26 4.4 本章小结 27 第5章 结论与展望 29 第6章 致 谢 31 参 考 文 献 33  第1章 绪 论 选题背景 对于锅炉温度的控制，由于PID控制器结构简单、实用、价格低，PID控制得到了广泛的应用，但PID控制参数整定麻烦，被控对象模型参数难以确定，外界干扰会使控制效果飘离最佳状态。对于这种情况史密斯（Smith）控制算法在锅炉温度控制中的应用，使得锅炉温度控制能够达到一个稳定的水平。史密斯(Smith)预估控制的特点是预先估计出过程在基本扰动下的动态特性，再由预估器进行补偿的过程控制技术．它的基本思想是按过程特性设计出一种模型加人到反馈控制系统中，以补偿过程的动态特性，然后由预估器进行补偿，力图使滞后了的被控量超前反映到控制器，使控制器提前动作，从而明显地减少超调量，加速调节过程．特别是对于那些被控对象具有不同程度的纯滞后，而被控对象又不能及时反映系统所承受的扰动的控制系统，史密斯(Smith)预估控制技术获得了广泛的运用．煤气流量的控制过程内在机理复杂，对控制作用的响应缓慢．参数间关联密切。 1.2国内外温度控制研究现状及发展趋势 从20世纪50年代开始，温度控制界逐渐发展了串级控制、前馈控制、Smith预估控制、比值控制、选择性控制和多变量解耦控制等策略与算法，称为复杂控制。他们在很大程度上满足了复杂过程工业的一些特殊控制要求。他们仍然以经典控制理论为基础，但是结构与应用上各有特色，而且目前仍在继续改进与发展。 从20世纪80年代开始，在现代控制理论和人工智能发展的理论基础上，针对工业过程本省的非线性、时变性、耦合性和不确定性等特性，提出了许多行之有效的解决方法，如推理控制、预测控制、自适应控制、模糊控制和神经网络控制等，常统称为先进过程控制。近十年来，以专家系统、模糊逻辑、神经网络和遗传算法为主要方法的基于知识的智能处理方法已经成为过程控制的一种重要技术。先进控制方法可以有效地解决那些采用常规仪表控制效果差，甚至无法控制的复杂工业工业过程的控制问题。实践证明，先进控制方法能取得更高的控制品质和更大的经济效益，具有广阔的发展前景。 当今国内外的温度控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的重要部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节系统的响应。这个理论和应用自动控制的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统，PID控制器作为最早实用化的控制器已有50多年的历史，由于PID具有简单、直观、鲁棒性好的特点，成为工业过程控制最为常用的控制方式。 目前，不管是国外还是国内的锅炉温度控制主要采用PID控制，效果与控制参数的选择有很大关系，而PID参数的整定是一项十分繁琐的工作，虽然PID参数的整定和优化的方法很多，但传统的非智能整定方法如法显然是一种经验法并非最优解，不能获得理想的控制效果。目前智能型整定方法如模糊PID、神经网络PID虽然较好地实现了PID控制参数的优化，但需要在线整定，计算亮量大，使得控制器的负担很重。锅炉水温的控制受到被控对象、环境及燃料等诸多因素的影响，难以建立精