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模糊Smith控制在PLC中的实现及应用

作　者: 王飞
导　师: 石红瑞
学　校: 东华大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 时滞系统 模糊Smith 自适应Smith PLC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 66次
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内容摘要


时滞系统作为复杂控制系统中的一个重要部分,广泛存在于现代的工业过程中。同时,它也是控制理论应用的一个重要领域,因此对于时滞系统的研究有很重要的意义。本文研究了时滞系统的Smith控制方法,并实现了其在水箱液位控制中的应用。通过实验建模和机理建模的方法建立了由液位传感器、电动调节阀及水箱组成的广义对象的数学模型。针对被控对象的时滞特性,为提高Smith预估器的鲁棒性,采用模糊Smith结构的控制器。为消除模糊控制引起的稳态误差,设计出带有积分作用的模糊Smith预估控制器。使用Matlab/Simulink对该控制算法进行仿真,仿真结果表明带积分的模糊Smith控制的鲁棒性较好,在超调量、响应时间等方面都有较好的控制品质,且可实现稳态无静差。由于Smith控制需要被控对象精确数学模型,利用自适应控制的优点,分别基于局部参数最优理论与李雅普诺夫稳定理论设计出自适应Smith控制器。仿真结果表明自适应Smith控制有着较好的鲁棒性能、动态性能和抗干扰性。根据以上的理论与仿真研究,将带积分的模糊Smith控制应用于天煌教仪THJ-1过程控制实验装置中水箱液位的控制,该系统的控制器为西门子S7-300 PLC。离线计算出模糊查询表,将Smith预估算法离散化,运用控制器编程软件STEP7编写程序,在西门子S7-300 PLC上实现该控制算法。并且使用WinCC监控组态软件,设计实验监控界面,对实验过程进行实时监控。结果表明,本文所采用的模糊Smith控制算法,不需要被控对象的精确数学模型,可以有效地克服时滞,有较好的控制品质,鲁棒性较强。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 选题的目的与意义  10
  1.2 研究现状及发展趋势  10-15
    1.2.1 时滞系统控制算法的研究  10-14
    1.2.2 液位控制特点及其研究现状  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-16
第二章 双容水箱实验系统  16-23
  2.1 双容水箱实验系统简介  16-17
    2.1.1 过程控制实验装置  16-17
    2.1.2 双容水箱控制系统  17
  2.2 广义对象建模  17-23
    2.2.1 液位传感器和电动调节阀模型的建立  18
    2.2.2 双容水箱控制模型的建立  18-23
第三章 模糊Smith控制器设计  23-44
  3.1 模糊控制理论与模糊控制器  23-27
    3.1.1 模糊控制系统的组成  23-24
    3.1.2 模糊控制器原理  24-27
  3.2 带积分的模糊Smith控制器的设计  27-37
    3.2.1 PID控制原理  27-30
    3.2.2 Smith预估控制原理  30-32
    3.2.3 模糊Smith控制器  32-36
    3.2.4 带积分的模糊Smith控制器  36-37
  3.3 双容水箱液位控制仿真  37-44
    3.3.1 PID-Smith控制仿真  37-38
    3.3.2 模糊Smith控制仿真  38-42
    3.3.3 仿真结果分析  42-44
第四章 自适应Smith控制器设计  44-56
  4.1 自适应控制技术  44-47
    4.1.1 自适应控制原理  44-45
    4.1.2 模型参考自适应控制  45-47
  4.2 自适应Smith控制器的设计  47-52
    4.2.1 基于局部参数最优理论的自适应Smith控制器设计  48-50
    4.2.2 基于李雅普诺夫稳定理论的自适应Smith控制器设计  50-52
  4.3 仿真结果分析  52-56
第五章 模糊Smith控制算法在双容水箱液位控制中的应用  56-91
  5.1 控制系统的结构  56-68
    5.1.1 控制系统硬件结构  56-58
    5.1.2 STEP7编程软件  58-63
    5.1.3 WinCC监控软件  63-68
  5.2 模糊Smith控制算法在S7-300PLC中的实现  68-88
    5.2.1 PID-Smith算法的实现  69-75
    5.2.2 带积分的模糊Smith控制算法的实现  75-88
  5.3 实验结果  88-91
第六章 结论  91-92
参考文献  92-94
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  94-95
致谢  95

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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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