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广义最小方差自校正重置PID控制方法及其在压力系统中的应用

作 者: 吴高亮
导 师: 贺建军
学 校: 中南大学
专 业: 控制科学与控制工程
关键词: 压力系统 自适应控制 重置控制 ControlLogix系统
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 80次
引 用: 1次
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内容摘要


压力系统是过程控制的重要的控制对象之一,在工业生产中起着极其重要的作用。由于压力系统具有非线性和时变特性,无法获得其精确的数学模型,因而传统的控制方法很难满足压力系统的控制要求。本文在综述国内外相关研究工作之后,寻求一种能够提高压力系统控制性能的控制方法。首先根据压力系统的组成,通过机理分析建立压力系统的数学模型,并用最小二乘法进行系统参数辨识,获得系统实际压力系统的参数。针对压力系统参数时变和抗干扰能力不足的特点,设计最小方差控制算法对其实施控制。由于该控制算法无法使非最小相位系统稳定,因此引入广义最小方差控制策略来弥补其不足。广义最小方差控制策略对于时变系统存在稳态误差,因此修改了其目标函数,分析了控制系统的稳定性和稳态误差,并进行仿真实验,验证了系统的稳定性和稳态误差特性。而通过对重置控制算法的研究和仿真实验,可知重置控制算法具有改善控制系统动态特性的优点,将其加入到广义最小方差算法中,提出了一种广义最小方差自校正重置PID控制算法。MATLAB上的仿真实验证明该算法兼有重置控制和广义最小方差控制的优点,具有更好的控制效果。最后基于ControlLogix系统平台,建立压力控制系统。通过工业以太网以及OPC通讯协议实现上位机中MATLAB软件与ControlLogix系统的通讯,由MATLAB完成广义最小方差自校正重置PID控制算法,将控制量传送到ControlLogix系统的I/O端口,实现对压力系统的控制。实验表明相较于广义最小方差自校正控制和常规PID控制,广义最小方差自校正重置PID控制算法大幅度提升了压力系统的控制性能。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 过程控制系统简介  8-10
    1.1.1 过程控制的发展  8-9
    1.1.2 过程控制的特点  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-15
    1.2.1 压力控制研究现状  10-12
    1.2.2 自校正控制研究现状  12-14
    1.2.3 重置控制算法研究现状  14-15
  1.3 论文研究主要内容和章节安排  15-17
第二章 压力系统建模  17-26
  2.1 压力系统的组成  17
  2.2 压力系统的数学模型  17-21
    2.2.1 气体流量方程  18-19
    2.2.2 电子式执行机构阀口流量方程  19
    2.2.3 电子式执行机构数学模型  19-20
    2.2.4 压力系统模型  20-21
  2.3 最小二乘参数估计法  21-25
    2.3.1 递推最小二乘参数估计法  21-23
    2.3.2 带遗忘因子的最小二乘法  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章 广义最小方差控制  26-36
  3.1 最小方差控制  26-30
    3.1.1 最小方差控制  26-28
    3.1.2 最小方差控制的局限性  28-30
  3.2 广义最小方差控制  30-34
    3.2.1 广义最小方差控制  30-31
    3.2.2 广义最小方差控制的不足之处  31-32
    3.2.3 克服广义最小方差控制的缺陷  32-34
  3.4 广义最小方差控制仿真实验  34
  3.5 本章小结  34-36
第四章 广义最小方差自校正重置PID算法  36-48
  4.1 重置控制算法  36-39
    4.1.1 数学描述  36-37
    4.1.2 仿真实验  37-39
  4.2 广义最小方差自校正重置PID算法设计  39-43
  4.3 压力系统仿真及比较  43-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章 广义最小方差自校正重置PID算法在压力系统中的应用  48-59
  5.1 ControlLogix系统概述  48-54
    5.1.1 ControlLogix系统总体框图  49-50
    5.1.2 硬件介绍  50-53
    5.1.3 软件介绍  53-54
  5.2 Simulink与ControlLogix的OPC通讯  54-55
  5.3 实验系统总体框架  55-57
  5.4 实验结果  57-58
  5.5 本章小结  58-59
总结与展望  59-60
参考文献  60-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间主要研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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