最优控制与智能控制论文.doc

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最优控制与智能控制论文

1 课题背景及意义 温度是生产过程和科学实验中非常普遍而又十分重要的物理参数。在工业生产过程中,为了高效地进行生产,必须对生产工艺过程中的主要参数,如温度、压力、流量、速度等进行有效的控制,其中温度控制在生产过程中占有相当大的比例。准确地测量和有效地控制温度是优质、高产、低耗和安全生产的重要条件。而且在我们的日常生活中也使用微波炉、电阻炉、电热水器、空调等家用电器,温度与我们息息相关。可见温度控制电路广泛应用于社会生活的各个领域,所以对温度进行控制是非常有必要和有意义的。[1]传统的经典控制渐渐不能满足控制要求的情况下,通过应用模糊控制技术来完成对系统的控制要求,引进模糊PID温度控制,它将模糊控制和 PID 控制器两者结合起来,扬长避短,既具有模糊控制灵活而适应性强,调节速度快的优点,又具有PID控制无静差、稳定性好、精度高的特点,对复杂控制系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果。[2] 由于温度自身的一些特点,如惯性大、滞后现象严重、难以建立精确的数学模型等使控制系统性能不佳。在关于温度控制的绝大部分文献资料中,控制结果都是有超调的而且很多时候超调量较大,本论文是基于这一特点,研究一种控制方案使其调节时间快,稳态误差也非常小的理想效果。[1] 电锅炉是以电力为能源,通过电磁加热来实现加热锅炉。锅炉有断流、超温、超压、短路、漏电、缺相、过流等保护功能,锅炉运行更加稳定、安全,具有效率高、体积小、无污染、运行安全可靠、供热稳定、自动化程程度高、安装检修方便等特点。电锅炉是一种机电一体化的高新技术产品, 可以将电能直接转化成热能,是理想节能环保型的供暖设备。本文设计的智能温度控制器用于电锅炉的控制, 可根据用户的要求, 将室温自动控制在某一范围; 可根据系统负载自动调节, 保持供热稳定; 采用全自动化的程序控制又使得安全检修方便。[8] 2 电锅炉温度控制的研究现状 近年来,温度的检测在理论上发展比较成熟,但在实际测量和控制中,如何保证快速实时地对温度进行采样,确保数据的正确传输,并能对所测温度场进行较精确的控制,仍然是目前需要解决的问题。温度测控技术包括温度测量技术和温度控制技术两个方面。在温度的测量技术中,接触式测温发展较早,这种测量方法的优点是:简单、可靠、低廉、测量精度较高,一般能够测得真实温度;但由于检测元件热惯性的影响,响应时间较长,对热容量小的物体难以实现精确的测量,并且该方法不适宜于对腐蚀性介质测温,不能用于超高温测量,难于测量运动物体的温度。另外的非接触式测温方法是通过对辐射能量的检测来实现温度测量的方法,其优点是:不破坏被测温场,可以测量热容量小的物体,适于测量运动物体的温度,还可以测量区域的温度分布,响应速度较快。但也存在测量误差较大,仪表指示值一般仅代表物体表观温度,测温装置结构复杂,价格昂贵等缺点。因此,在实际的温度测量中,要根据具体的测量对象选择合适的测量方法,在满足测量精度要求的前提下尽量减少投入。 温度控制技术按照控制目标的不同可分为两类:动态温度跟踪与恒值温度控制。动态温度跟踪实现的控制目标是使被控对象的温度值按预先设定好的曲线进行变化。在工业生产中很多场合需要实现这一控制目标,如在发酵过程控制,化工生产中的化学反应温度控制,冶金工厂中燃烧炉中的温度控制等;恒值温度控制的目的是使被控对象的温度恒定在某一给定数值上,且要求其波动幅度(即稳态误差)不能超过某允许值。本文所讨论的基于单片机的温度控制系统就是要实现对温控箱的恒值温度控制要求,故以下仅对恒值温度控制进行讨论。 从工业控制器的发展过程来看,温度控制技术大致可分以下两种: 1:PID线性控温法 这种控温方法是基于经典控制理论中的PID调节器控制原理,PID控制是最早发展起来的控制策略之一,由于其算法简单、鲁棒性好、可靠性高等优点被广泛应用工业过程控制中,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。由于PID调节器模型中考虑了系统的误差、误差变化及误差积累三个因素,因此,其控制性能大大地优越于定值开关控温。其具体控制电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID控制器,后者称为数字PID控制器。其中数字PID控制器的参数可以在现场实现在线整定,因此具有较大的灵活性,可以得到较好的控制效果。采用这种方法实现的温度控制器,其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数(比例值、积分值、微分值)。只要PID参数选取的正确,对于一个确定的受控系统来说,其控制精度是比较令人满意的。但是,它的不足也恰恰在于此,当对象特性一旦发生改变,三个控制参数也必须相应地跟着改变,否则其控制品质就难以得到保证。 2:智能温度控制法 为了克服PID线性控温法的弱点,人们相继提出了一系列自动调整PID参数的方法,如PID参数的自学习,自整定等等。并

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