宋強，喬冠博

（1.安陽工學(xué)院機械工程學(xué)院，河南 安陽 455000，；2.中山大學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)院，廣東 中山 528406）

傳統(tǒng)的控制方式已經(jīng)不能滿足，需要做出改革，便有了溫度與流量兩方面的結(jié)合構(gòu)成了大時滯的爐溫控制系統(tǒng)，溫度用來將測煙氣熱值，流量查看余氧的剩余量，兩方面達到氣體和空氣的優(yōu)化調(diào)節(jié)。這種比例對于爐子的高效燃燒控制和較快反應(yīng)控制得到了良好實現(xiàn)。在純滯后這一流程中并不能良好發(fā)揮，控制量由于控制通道的純滯后對產(chǎn)生的干擾做不到及時反饋。使這一階段會出現(xiàn)明顯的過沖，也同時延長了調(diào)節(jié)它的時間。因此，想取得控制效果的完美產(chǎn)生的難度是很高的。傳統(tǒng)意義上來說，滯后過程是建立在純滯后τ和過程時間T的比值上的，界限值為0.5，大于0.5就很高了。相位滯后和過沖的增大，嚴重過沖這些問題都會在T比率增大時出現(xiàn)。對于滯后時間的控制依然需求廣大研究者所著手聯(lián)合開發(fā)。

1 加熱爐串級控制模型

此類系統(tǒng)是存在雙控制器的，能使兩條回路快速作業(yè)，主子變量分別為爐溫值與小滯后流量?？刂瀑|(zhì)量的改良與爐溫和流量的串級控制密切相關(guān)，從而大大降低工業(yè)成本?？刂崎y則被二級控制器控制的，但與此同時，后者又是被主控制器是的輸出控制的。因此在此系統(tǒng)中，受控對象是有兩方的，也就是主次對象，換而言之即溫度和交通對象。顯然控制參數(shù)也是有兩方的，即溫度與流量這雙方。作為主控參是溫度。主控參發(fā)出的信號被主控器接收到，輔控參信號這一測量值又會被次控器接收。同理會有兩個閉合回路，即主次級回路也就是通常叫法上的內(nèi)外回路（圖1）。

圖1 加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖

它的工作過程其實是在一定干擾下主變量與輔助變量的預(yù)定值遠離，其二者可以抗除擾動也使系統(tǒng)獲得新的穩(wěn)態(tài)。

2 改進型Smith預(yù)估控制器補償方案

PID調(diào)節(jié)器其實也就是史米斯預(yù)測補償控制的源動力，不斷的信號發(fā)送到補償器里。補償器與過程的特征是息息相關(guān)的，在過程的數(shù)學(xué)模型和實際過程特征這兩者是存在一定誤差，因此，缺點時間越長，模型的誤差也會越大。意思就是，敏感性在工藝特性變化時也會出乎意料的高。增益自適應(yīng)預(yù)估補償控制是可以抵制這個缺點的出現(xiàn)的。

圖2所示便是上述方案的框圖。一個除法器、一個領(lǐng)先的差分鏈路和一個乘法器在史密斯中得到增加。預(yù)測器的輸出乘以導(dǎo)數(shù)鏈路的輸出，這一操作必須先于前乘法器在將其輸出到調(diào)節(jié)器發(fā)生，將乘法器在將其輸出到調(diào)節(jié)器之前Td=τ，將預(yù)測器的輸出乘以導(dǎo)數(shù)鏈路的輸出。模型的輸出信號與過程之間的比率是決定三條鏈路的功能的，預(yù)測器的增益則是通過這種手段自動校正。

圖2 增益自適應(yīng)補償方案

由圖2所得：

若τ=τm，則有：

由以上分析可知，增益自適應(yīng)補償器在改善控制性能方面具有與Smith史米斯補償器相同的效果。

3 MATLAB仿真

在現(xiàn)實中非理論情況下，干擾有高有低，通常干擾是很大的，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定性則是很不利的。系統(tǒng)過沖增高，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間變更久，不穩(wěn)定的系統(tǒng)出現(xiàn)，故而這一研究是很有必要的?？创嗽O(shè)計能否滿足要求，在兩個控制系統(tǒng)上去仿真這類干擾，便可知此法是否可行。仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3 Simulink框圖

圖4 加入擾動時Smith控制器響應(yīng)圖

要想達到控制效果上的完美，該系統(tǒng)若是受到了擾動，則做法不成功，從圖3和圖4中可顯出，振蕩和過沖在一定程度上還是不小的，穩(wěn)態(tài)在過許久后，重穩(wěn)的狀態(tài)才會出現(xiàn)。

從圖5和圖6展示圖像可知，當史米斯補償控制系統(tǒng)和改進的Smith補償控制系統(tǒng)增加干擾時，前者去抵制時間擾動并不是沒有把握的，后者不存在超調(diào)這一情況。30s可使優(yōu)化完成的Smith補償控制系統(tǒng)重回穩(wěn)定值，對干擾有很好的抑制作用。

圖5 Simulink圖

圖6 加入擾動時改進型Smith控制器響應(yīng)圖

綜上，本文提出了一種Smith預(yù)估控制器的使用方案，并進行了仿真，仿真結(jié)果良好有效。