基于预测模型的模糊PID控制理论及其仿真与试验研究

摘要

温度是过程工业中的重要参数之一，温度控制尤其对石油化工行业意义重大。电加热锅炉的温度可近似为一阶惯性加纯滞后环节，且有受其他干扰因素影响严重的特点，所以电加热锅炉的温度控制是过程控制中难度较大的课题。
　　本文实现了几种典型的先进控制技术在 AE2000过程控制装置中的应用，并在此基础上研究了基于预测模型的模糊-PID控制的理论及该方法在电加热锅炉中的仿真。
　　引进了浙江中控公司研发并生产的AE2000过程控制装置及JX-300集散控制系统。研究对象是电加热锅炉的夹套温度，该对象不仅具有大惯性及大滞后的特点，而且受环境影响严重。在该对象原有的常规 PID控制基础上，又进一步实现了Smith预估控制、内模控制、模糊控制及动态矩阵预测控制，并得到相应的曲线图。通过对上述几种先进控制曲线图的比较，分析出针对该对象的几种先进控制方法的优点与不足。
　　在上述工作基础上，针对电加热锅炉的特性设计了基于预测模型的模糊-PID控制方案。首先，在Matlab中实现了PID控制与Fuzzy-PID控制的仿真，通过仿真可以看到加入了模糊控制规则的控制器比常规 PID控制器响应时间减少了600 s左右、超调量基本不变，且加入20％的扰动后，输出仅用了原来50%的时间就达到了基本平衡。其次，在该控制模型中加入了预测模型，预测模型可以预测未来时刻的输出值。用预测输出与设定值的偏差及偏差变化率作为模糊控制器的输入，改善了滞后的影响。最后利用模糊规则来反馈校正预测模型，使加入了预测模型的模糊-PID控制器超调量由原来的3%降低到几乎没有，稳定性更好。仿真曲线表明，该控制方案下的控制效果较好。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 先进控制技术的研究现状

1.3 本文研究工作

第2章 计算机控制系统

2.1 AE2000过程控制装置

2.2 集散控制系统（DCS）

2.3 AdvanTrol-Pro软件包

2.4 AE2000先进控制实验软件

第3章 先进控制策略及试验研究

3.1 过程辨识与建模

3.2 PID控制在DCS中的实现

3.3 Smith预估控制在DCS中的实现

3.4 内模控制

3.5 模糊控制

3.6 动态矩阵预测控制

3.7 本章小结

第4章 基于预测模型的模糊-PID控制及仿真

4.1 基于预测模型的模糊-PID控制器的理论

4.2 基于预测模型的模糊-PID控制器的设计与仿真

4.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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