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时滞现象是生产过程中的常见现象,时滞系统的控制是控制理论研究与应用的重要领域。由于时滞系统的特殊性,常规的PID控制难以获得满意的控制效果。本文针对纯滞后系统难以控制的问题,分析了生产过程中纯滞后产生的原因,给出了纯滞后系统的相关定义,分析了纯滞后系统的特点,并简要介绍了目前针对纯滞后系统所采用的Smith控制、模糊控制、Fuzzy+Smith控制,以及预测函数控制等多种先进控制技术。分析表明,这些控制策略都能实现对时滞系统的有效控制。最后,以Fuzzy+Smith控制方案为例实现了对大纯滞后系统的有效控制,并针对一具体的纯滞后对象进行了理论分析与实验研究。具体包括如下内容:工程建模以获取整个控制过程的数学模型,模糊控制器的设计,纯滞后系统的Matlab仿真分析,浙江中控JX-300X型DCS介绍,以及具体的工程试验过程。
整个工程试验基于浙江中控JX-300X型DCS系统和上海齐鑫公司生产过程实验装置构建的实验平台。该实验平台由水塔、微型锅炉、双容容器以及管路组成,并配有大时滞的模型,具有过程控制对象真实,测量与变送器、执行机构、DCS均为工业级产品。该平台便于各类控制算法(包括先进控制算法)在与工业现场相吻合的条件下进行实验。
实验结果表明,Fuzzy+Smith控制方案是控制大纯滞后对象的有效方法。本文给出的控制算法和基于浙江中控DCS提供的SCX语言所编写的控制程序,可直接应用到生产实际过程中。浙江中控JX-300X型DCS系统是目前国内流行的集散控制系统,本课题的研究对于拓宽该DCS系统的应用领域有积极推动作用。