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《武汉理工大学》 2002年
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预测控制在工业窑炉温度控制中的应用研究

撒继铭  
【摘要】: 论文以玻璃池炉为例研究了预测控制算法在工业窑炉温度控制中的应用,介绍了目前工业窑炉温度控制的智能控制算法研究与发展,同时简单分析了预测控制算法的基本理论及其优势。在此基础上,通过对玻璃池炉实物的分析研究,建立了预测模型,讨论了一种适合工业窑炉温度控制的具有响应速度快、鲁棒性强的预测控制算法——动态矩阵控制(DMC)。 工业窑炉在建材行业中广泛使用,其温度控制技术直接决定了产品质量。对工业窑炉,尤其是玻璃池炉,由于被控变量的时间滞后,而调控的输入变量易受干扰。一般说来,玻璃池炉具有非线性、时变性和不确定性的特点,且是多变量的,难于建立其精确的数学模型。即使一些对象能够建立数学模型,其结构也往往十分复杂,难于设计并实现有效控制。近年发展起来的自适应、自校正控制技术,虽然能在一定程度上解决不确定性问题,但其本质仍然要求在线辨识对象模型,所以算法复杂,计算量大,且它对过程的建模动态和扰动的适应能力差,系统的鲁棒性问题尚有待进一步解决,故应用范围也受到限制。本文针对工业窑炉被控对象的特性,引入预测控制理论,通过仿真分析,建立预测模型,在滚动优化和反馈校正的基础上进行多步预测,获取更多的动态信息量,通过微计算机在线运算,能够较好地跟踪变量,快速抗干扰,使工业窑炉的控制,满足响应速度快,鲁棒性好的要求。 本文还对玻璃池炉的DMC-PID串级控制进行了初步探讨,该方法在不同层次上采用不同采样周期分别满足优化计算和抗干扰的需要,内环用PID控制控制算法,外环用DMC控制,兼具串级的结构之优和预测控制的性能之优。 论文在理论研究的基础上,进行了控制系统的硬件设计和软件设计。控制系统采用基于现场总线的结构形式,上位机监控软件采用Visual C++编写,具有友好的人机界面。 通过仿真研究,对各种情况的闭环系统输出曲线和控制量变化曲线分析比较可知:DMC算法确实能带来较理想的控制性能。这种基于预测控制的窑炉控制方法一旦得到广泛应用,将大幅度提高生产效率和产品质量。
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