时滞过程的解耦控制设计及其在定量水分控制中的应用

摘要

本文详细介绍了矩阵求逆解耦、前馈解耦、和逆向解耦三种开环解耦方法，分析了各自的优缺点。对于时滞过程，采用了解决时滞问题最为经典的方法Smith预估法、IMC控制进行处理。这又引出了两种不同的控制策略，一为分步处理，即先通过解耦方法将耦合回路进行开环解耦，然后再利用时滞处理方法闭环控制；二为整体处理，此时的控制器包括解耦和控制两个功能，同时进行闭环解耦、控制。 本文关于时滞解耦的主要内容为以下几方面： 1.分析了开环解耦算法如矩阵求逆解耦、前馈解耦、逆向解耦，并比较了他们之间的优缺点，强调了逆向解耦的重要性，并将无时滞开环解耦算法推广到时滞过程。 2.介绍了Smith预估解耦控制算法，证明了整体处理策略的Smith预估控制是不可以的。介绍了前馈解耦的Smith预估控制算法，提出了逆向解耦的预估解耦控制算法。给出了先开环解耦再闭环控制的Smith预估解耦算法，并改进了Smith预估结构，得到改进的Smith预估解耦结构。 3.介绍了IMC解耦控制算法。首先对IMC结构进行分析，提出了前馈解耦的IMC解耦控制算法和逆向解耦的IMC解耦控制算法，随后分别用解耦控制整体处理方法和先开环解耦再闭环控制两种策略进行仿真。 4.将提出的解耦控制算法应用到了定量水分控制系统中，提出以定量水分解耦控制为外环，纸浆流量和蒸汽压力PID控制为内环的串级控制系统，并通过工程实例展示了算法的可行性。 总之，本文通过对大时滞耦合过程的分析，提出了针对此类过程的两种控制策略，研究了相应的解耦控制算法，通过仿真研究和工程项目实践证明了提出的算法具有良好的解耦性能和控制性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究动机

1.2时滞过程控制发展现状及趋势

1.3解耦控制发展现状及趋势

1.3.1传统解耦控制方法

1.3.2自适应解耦控制方法

1.3.3鲁棒控制

1.3.4智能解耦控制

1.4本文的主要工作及内容安排

2时滞过程开环解耦算法

2.1相对增益

2.1.1静态相对增益

2.1.2动态相对增益

2.2无时滞过程开环解耦算法

2.2.1矩阵求逆解耦

2.2.2前馈解耦

2.2.3逆向解耦

2.2.4前置补偿的三种方法比较

2.3开环解耦算法在时滞过程中的推广

2.3.1满足时滞和非最小相位零点条件时的推广

2.3.2不满足非最小相位零点条件时的推广

2.3.3不满足时滞条件时的推广

3 Smith预估解耦控制算法

3.1解耦理论基础

3.1.1 MIMO控制系统方框图简化

3.1.2纯滞后有理逼近和H∞控制

3.1.3鲁棒性分析的重要结论

3.2 Smith预估器解耦

3.2.1 Smith预估器原理

3.2.2多变量时滞系统解耦控制整体处理

3.2.3多变量时滞系统开环解耦闭环控制

3.2.4单变量Smith预估的改进

3.2.5改进的Smith预估解耦控制算法

3.2.6仿真研究

4时滞过程IMC解耦控制算法

4.1 IMC算法

4.1.1传统内模控制

4.1.2双自由度IMC

4.2 IMC解耦控制算法整体处理

4.2.1 IMC解耦控制算法一般结构及基本结论

4.2.2解耦IMC系统元素之间的基本关系式

4.2.3时滞和最小相位零点的限制

4.2.4 IMC控制器解耦与控制整体处理

4.3 IMC控制器开环解耦闭环控制

4.4仿真研究

4.4.1 IMC解耦控制整体处理仿真

4.4.2 IMC开环解耦闭环控制仿真

5抄纸过程定量水分控制

5.1我国造纸行业的发展现状及趋势

5.2浆纸过程自动化的意义

5.3造纸生产过程工艺流程

5.4定量水分控制

5.4.1概述

5.4.2造纸过程控制的特点

5.5定量水分建模

5.5.1建模概述

5.5.2建模方法

5.5.3纸机模型

5.6定量水分控制方案

5.6.1纸浆浓度控制

5.6.2定量定值控制

5.6.3水分定值控制

5.7定量水分DCS系统设计

5.7.1过程控制站

5.7.2操作管理站

5.7.3通讯系统

5.8定量水分控制系统工程实施

6总结与展望

6.1全文工作总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录