论文摘要
时滞对象在实际工业过程中广泛存在,针对时滞过程的控制研究一直是控制理论界的热点之一,特别是对于纯滞后对象的控制,传统的控制方法很难取得理想的效果。组合积分过程是一种新型的积分时滞对象,它在钢铁、石化、谷物加工、烟草等工业中广泛存在。组合积分系统由两个或两个以上积分时滞项组成,它在本质上是开环稳定的,并可运用一阶Pade近似方法,将时滞项近似为一阶对象。目前大多数组合积分对象被视作一阶时滞对象采用通常的控制策略,如：PID控制算法,Smith预估算法或内模控制算法。随着工业科技的发展,节能减排等问题对控制精度提出了更高的要求,传统的控制方法已不能满足工业发展的需要,因此,研究针对组合积分系统的控制策略具有重要的实际意义。打叶复烤的主要用途是对打叶分离之后的烟叶片进行处理,使叶片的水分、温度达到规定的工艺技术指标。烟叶烤房温度对象是一类大惯性大滞后过程,冷房和出口水分对象是组合积分过程,对复烤过程采用常规的控制策略,烤房温度波动大,冷房和出口水分往往需要人工调节,操作人员劳动强度大,经常造成产品不合格而返料。因此,研究应用于打叶复烤生产线的先进控制算法,显得非常必要和迫切。本文从理论研究到应用实践,主要分为如下几个部分：(1)针对时滞过程,研究并提出了一种先进的预测PI/PID控制器,它是根据期望的闭环传递函数,来设计预测PI/PID控制器。这种控制器有两部分组成,项具有PI/PID控制器的形式,另一项具有预测功能。这种控制器结构简单,可调参数少,参数的调节简单、直观,仿真显示,它有良好的跟踪性能和抗干扰性能,鲁棒稳定性能好,适合在工业生产中进行推广。(2)针对组合积分过程,根据期望的闭环传递函数,研究提出了一种抗时滞伪预测PI(ADQPI/ADQPID)控制算法,并给出了抗时滞伪预测PI控制器的设计方法。这类控制算法基于对象的模型而设计,不仅适合对组合积分系统进行控制,而且适合其它对象的控制。仿真结果显示,本文提出的伪预测PI算法具有良好的控制性能和鲁棒稳定性。(3)研究了先进控制算法在打叶复烤生产线的应用,先进控制算法包括预测PI控制算法和伪预测PI控制算法。首先针对打叶复烤过程的特点,分别建立了烤房、冷房和出口的过程模型。其中,烤房过程模型为一阶时滞对象,采用预测PI控制算法设计烤房温度控制器；冷房和出口过程模型为组合积分对象,采用伪预测PI控制算法设计冷房和出口水分控制器。此外,本文还分析设计了打叶复烤生产线的控制方案,实际的控制效果显示,先进的控制算法不仅能够显著提高控制精度,而且能够节约能源,降低生产成本。(4)设计了基于OPTO22 PAC Project的先进实时控制软件,采用PAC Control编写控制算法,采用PAC Display开发监控界面。通过采用Matlab Simulink工具模拟实际的过程对象,采用OPTO22 R系列控制器运行控制算法,对监控软件进行了仿真研究,体现了一定的实际应用价值。