模型参考自适应-Smith预估控制在发酵温度控制中的应用研究

摘要

发酵过程是一个复杂的生物化学反应过程。而发酵温度是影响发酵过程中酵母参与生化反应程度的重要外界因素。温度稳定与否，直接关系发酵物质的变化，从而决定生产成品的成败。但是，生物发酵温度控制有非线性、大滞后等特点，采用常规的PID控制很难达到令人满意的控制效果。本文以生物发酵罐为研究对象，着重研究了串级Smith预估控制、自适应控制在生物发酵温度控制中的可行性、理论推导及融合方法。具体如下：
　　总结发酵过程中温度变化的特点，分析了当前发酵过程中存在的控制效果不理想的原因，针对存在严重积分纯滞后大惯性的生物发酵系统，是采用传统的Smith预估补偿，但传统的Smith预估补偿对模型有很强的依赖性，本文对Smith进行了改进，推导了改进的Smith控制算法。仿真结果表明，改进Smith预估控制不但降低了纯时间延迟特性对控制性能产生的不利影响，也提高了系统的鲁棒性。
　　对于生物发酵过程中干扰的不确定性，本文采用模型参考自适应与改进的Smith预估控制结合，通过参考模型输出与改进Smith预估补偿的被控对象的输出之差适时在线调整控制器参数，加快了响应速度，降低了超调，使被控对象更能够适应对象多变以及扰动不确定性等特点。
　　将以上模型参考自适应Smith预估控制应用到FG-3000发酵罐温度控制系统中。实验结果表明，模型参考自适应Smith预估控制使得发酵温度控制具有较快的响应速度及较小的超调，具有一定的自适应能力。

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第一章 绪论

§1-1 课题研究的背景和意义

§1-2 研究现状

§1-3课题研究主要内容

第二章 改进的串级Smith控制

§2-1 串级Smith预估控制

§2-2 改进的Smith预估控制

§2-3 本文改进的Smith预估控制器

§2-4 改进Smith的稳定性校验

§2-5仿真研究

§2-6 本章小节

第三章 模型参考自适应Smith控制

§3-1模型参考自适应概述

§3-2 参考模型的选取

§3-3 自适应规律的设计

§3-4 模型参考自适应Smith控制的仿真

第四章 生物发酵设备的温度控制

§4-1 FG-3000实验装置

§4-2 SY-3000实验装置控制系统的体系结构

§4-3 模型参考自适应-smith预估控制的应用

§4-4 本章小节

第五章 结论与展望

§5-1 总结

§5-2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所取得的相关科研成果