[发明专利]一种一阶纯时延炉温系统控制方法

说明书

本发明公开了一阶纯时延炉温系统控制方法，所述控制方法包括：S1：一阶纯时延模型参数设定及推导；S2：系统结构设计；S3：控制器设计；S4：对比仿真结果，得出结论。本发明所述设计的控制器结构，具有较好的跟踪输入信号和有效的抑制扰动信号的特征，可用于一阶纯时延炉温系统的控制。

技术领域

本发明涉及一种一阶纯时延炉温系统控制方法，属于工业时延控制系统技术领域。

背景技术

通常情况下，在工业生产过程控制系统中，普遍存在着时延现象，时延的存在使被控量不能及时反映系统所承受的扰动，将导致系统动态误差增大，稳定裕度减小，甚至引起系统振荡。因此，时延系统的控制方法一直是控制理论和控制工程中研究的一个热点问题，许多学者针对时延系统提出了多种控制器的设计方法。目前，对时延系统的研究主要以传统的Smith预估控制器为基础，进行以下几类的研究：一类是对Smith预估控制器进行结构优化；一类是对Smith预估控制器结合PID参数整定方法；还有一类主要是将Smith预估控制器与模糊控制、神经网络等先进的控制方法相结合。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的不足，提供一种一阶纯时延炉温系统控制方法，解决了背景技术存在的技术问题，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种一阶纯时延炉温系统控制方法，所述控制方法包括：

S1：一阶纯时延模型参数设定及推导

在工业控制领域，尤其是在金属材料加工、流体控制中，加热炉的炉温直接影响加工材料质量的好坏以及能源的利用效率，加热炉是一个具有纯时延和时间常数的温度，以加热炉为控制对象，其包括：

u—电热丝两端电压；

T₁—加热后炉内温度；

Q_i—单位时间内电热丝产生的热量；

电热丝质量为M，比热为C，传热面积为A，未加温前炉内温度为T₀，加温后的炉温为T₁，则根据热力学原理，即有

Q_i与u的平方成比例，即Q_i与u为非线性关系，将其在平衡点(Q₀,u₀)进行线性化，得K_u＝ΔQ_i/Δu，则加热炉的增量方程为：

式中：ΔT＝T₁-T₀，T＝MC/HA，K＝K_u/HA

由式(2)可得传递函数

但实际加热炉系统在响应时具有一定热惯性，使系统存在时延τ，故加热炉炉温可以用一阶纯时延模型表示为：

S2：系统结构设计

其包括：X_r(s)为系统输入量、X_c(s)为系统输出量、G(s)为被控对象模型、G_f(s)为反馈通道控制器、D(s)为前馈通道控制器、X_d1(s)为系统输入扰动及X_d2(s)为系统输出扰动；

则有：系统在输入量X_r(s)作用下的闭环传递函数为：

系统在输入扰动X_d1(s)作用下的闭环传递函数为：