基于可编程计算机控制器(PCC)的温度解耦控制系统研究

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注塑机熔体温度控制一般由四个加热区组成,由于四个加热区空间距离接近其耦合严重,如何解决温度耦合问题一直是控制界最为关心的问题之一。   本课题的任务是研究一种应用于具有耦合性质的迟延系统解耦控制算法,并在B&R的温度控制硬件平台上编程实现。该算法用于对实验装置进行温度解耦控制,要达到的技术要求是:1、实现解耦控制;2、使系统达到快速升温、超调量小和静态误差少。   基于上述技术要求,本论文把课题任务分解为三个问题进行研究:   1.首先是建立系统数学模型。通过阶跃响应实验和自行开发设计的LabVIEW数据采集系统对系统进行分析并建立其数学模型;   2.其次是控制算法的确定。通过Matlab对Ziegler-Nichols、Chien Hrones Reswick、Cohen-Coon、误差积分指标最优的PID、IMC-PID等控制算法进行仿真分析,内模控制具有响应速度快,容易保证稳定性等优点,确定了IMC-PID是一种较合适的单通道控制算法。通过相对增益矩阵的计算,分析了系统的耦合状况,并采用前馈补偿的方法对系统进行了解耦控制;   3.最后是控制算法的编程实现与验证。将所选择的控制算法编程到PCC中,通过B&R温度控制硬件平台的实际运行,对算法的有效性进行检验并得出结论。   仿真结果和系统实际运行表明,IMC-PID前馈解耦控制算法实现了较好的控制效果,达到了预定的技术要求,本控制算法是可行的。IMC-PID前馈解耦控制既具有内模控制的优势,同时也保持了PID控制器结构简单的特点。同时,由于工业控制回路多数采用PID控制,这也为IMC-PID前馈解耦控制算法的应用做了有益的铺垫。
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