自适应模糊控制器的研究及其在气垫式流浆箱控制系统中的应用

摘要

流浆箱作为连结流送与成形抄造两部分的关键枢纽，被称为“造纸机的心脏”，对其进行精确的控制就成为纸机控制的一个重要环节。但是气垫式流浆箱是一个多变量的强耦合的对象，采用常规控制很难满足要求。 针对气垫式流浆箱复杂耦合等特点，本次设计在分析了多变量系统的相对增益和常用解耦方法的基础上对气垫式流浆箱系统进行了详细的分析，并根据现场采集的数据，通过机理法和试验法相结合的方式推导出了气垫式流浆箱的数学模型，在系统分析中可以看到常规控制对气垫式流浆箱这个多变量复杂系统不能进行理想的控制。 本文的主要贡献在于本文在其他专家和学者提出的解耦控制算法的基础上采用了模糊控制器为控制方案，并将其应用于气垫式流浆箱系统。因为模糊控制器可以在不需要模型的基础上对非线性系统进行很好的控制，并且鲁棒性强，规则和结构简单。将气垫式流浆箱这个双输入双输出的多变量系统分解为若干个双输入单输出的部分，简化了每一部分的结构关系，为模糊控制器的实现带来了方便。选择误差和误差的变化为输入变量的二维模糊控制器，输出变量为控制器的输出，通过实际操作和理论经验的结合，建立了模糊控制器的控制规则并应用于气垫式流浆箱系统。但是在试验和应用中模糊控制方案控制效果静态性能不好，自适应的能力不强。由于自适应控制系统能够在系统出现不确定性因素时仍然能够使系统保持既定的特性，所以本文将两者结合，在总结实际经验的基础上采用了一个气垫式流浆箱自适应模糊控制器，很好的解决了总压和浆位之间的强耦合作用和时变性的问题。并且利用积分调节作用无差调节的特点，构成了一个混合控制器：自适应模糊积分混合控制器。实现了控制系统要求的快速性和稳定性，并且通过仿真试验结果验证了该控制方案的可行性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1造纸工业、造纸生产流程简介

1.2自动控制理论的发展

1.3流浆箱的作用、发展及气垫式流浆箱的控制参数

1.4气垫式流浆箱的应用状况及控制难点

1.5本次设计的主要工作

第二章气垫式流浆箱系统分析和模型推导

2.1 MIMO系统的分析

2.1.1相对增益

2.1.2减少和消除耦合的方法

2.2气垫式流浆箱的耦合关系分析及系统变量匹配选择

2.3气垫式流浆箱数学模型的推导

2.3.1浆网速比的运算及控制

2.3.2流浆箱数学模型的导出

第三章模糊控制理论及模糊控制器的设计

3.1模糊控制理论及发展

3.2模糊自动控制的原理及控制规则

3.3模糊控制器的基本结构和组成

3.3.1模糊控制器的基本结构

3.3.2模糊控制器的组成部分

3.4模糊控制器的设计

3.5模糊控制器的缺点及解决方法简述

第四章自适应控制及自适应模糊控制系统

4.1自适应控制系统问题的提出及发展应用

4.2自适应控制系统的结构和分类

4.2.1自适应控制系统的基本结构

4.2.2自适应控制系统的方案分类

4.3自适应算法的鲁棒性问题

4.4采用自适应模糊控制的原因

4.5自适应模糊控制器的设计

4.5.1自适应模糊控制器的语言描述

4.5.2自适应模糊控制器的结构

4.5.3自适应模糊控制器的设计考虑

第五章气垫式流浆箱自适应模糊控制器的设计

5.1流浆箱控制的现状及不足

5.2气垫式流浆箱模糊控制器的设计

5.2.1模糊控制器的输入变量和输出变量

5.2.2各量化因子、比例因子与隶属函数的选择

5.2.3建立气垫式流浆箱模糊控制系统的控制规则

5.2.4气垫式流浆箱系统精确量的模糊化与模糊推理

5.2.5气垫式流浆箱模糊控制系统的清晰化

5.3气垫式流浆箱自适应模糊控制器的设计

第六章仿真分析及应用

6.1系统分析

6.2传统PID控制和常规解耦控制及仿真结果

6.3自适应模糊控制器解耦控制及仿真

6.4控制系统的软硬件实现及应用

第七章总结

7.1内容总结

7.2流浆箱控制系统的辅助环节简介

7.3流浆箱控制的发展趋势

参考文献

附录1气垫式流浆箱系统输入输出数据

附录2纸机车速与总压对应关系表

致谢

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