（火电厂）时滞系统控制策略研究【字数：11776】
本文通过火电厂时滞系统入手，使用数学建模的思想，将其等效化成为一个PID控制系统。在研究等效PID系统的过程中，先确定PID系统的参数，包括比例环节的参数、比例-积分环节的参数和比例-微分环节的参数等。在确定参数后，使用matlab软件对配置好的PID系统进行模型建立。在模型建立成功后，再对PID模型进行仿真和性能分析。本文中引入了Smith补偿器的概念，对于需要预先判断信号控制的场合上，Smith补偿器对比于经典的反馈回路又有着可以超前补偿的特性。将Smith补偿器和时滞系统结合起来，就可以得到更加优越的自动控制系统。本文以实际的生产环节入手，对于火电厂时滞系统进行过程控制的研究，在立题上非常新颖，又兼具实用性。对于之后的研究者有着参考价值。在工业生产的过程中，时滞现象是广泛并不同程度的存在着，但是具有时滞的过程一直是难以有效的被控制。正是因为纯延时现象的存在，才让被调量不能够及时的反映出系统已经发生的变化，即使测量信号到达了调节器，等到调节器对此做出反映，也需要经过纯延迟的这个时间以后，才会使被调量被影响，让他受到约束控制。因此，这样的一个过程必然会需要比较长的调节时间和有比较明显的超调量。所以，具有纯延时的过程在业内被公认为是比较难以控制的过程[8]，其难以控制的程度将会随着纯延迟过程占整个过程动态的比率的增加而增加。所以，这就需要我们研究出方法来控制时滞系统，这就是我研究该课题的意义。
目录
1. 火电厂时滞系统的研究意义 1
1.1 电厂控制现状 1
1.2时滞系统发展历史 1
1.3 时滞系统研究现状 3
1.4课题主要研究内容及本文主要工作 4
1.5 本章小结 4
2. 火电厂时滞的改进办法 6
2.1火电厂中时滞系统研究的输入量 6
2.2 火电厂控制流程研究 6
2.2.1 发电机机组内配置 7
2.2.2 发电机组间配置 7
2.3 火电厂时滞自动化处理 7
2.4 火电厂时滞技术细节 8
2.5 本章小结 8
3. 建立PID模型 10
3.1 确定PID类型 10
3.1.1 比例环节 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.1.2 比例积分环节 10
3.1.3 比例微分环节 10
3.2 确定PID控制系统的参数 10
3.3 带有Smith补偿器的PID系统 11
3.3.1 Smith预估补偿的原理 11
3.3.2 Smith补偿器与PID控制的结合 12
3.4 串级控制的PID系统 12
3.5 内模控制的PID系统 13
3.6 PID系统评估思想 13
3.7 本章小结 13
4. MATLAB仿真研究 15
4.1 引入MATLAB 15
4.2 使用Simulink 15
4.2.1 经典PID模型建立 15
4.2.2 带Smith补偿器的PID模型建立 16
4.2.3 串级控制的PID模型建立 17
4.2.4 内模控制的PID模型建立 18
4.3 分析控制系统的适应性 19
4.4 本章小结 19
5. 系统仿真与验证 20
5.1 控制系统评估 20
5.2 分析结果 22
5.3 本章小结 22
结论与总结 23
参考文献 24
致谢 25
1. 火电厂时滞系统的研究意义
1.1 电厂控制现状
电厂在发电过程中，会不能避免地进行时间的控制。时间控制的来源来自于电厂因为产生能源时需要对控制系统进行同步操作，在发电机运行时，控制系统需要在广泛地意义上进行同步调节。
电厂发电的原理是产生三相的交流电。在每个相位之间，电压的相角都有相差120度左右，而且电压越高，对于偏差的要求就越严格，不能容纳过大的电压相角上的偏差。在多个不相同的相位之间，发电机需要组成发电机组，接入电网中，以相角相差120度的状态同时进入电网发电。在相同的相位之间，发电机需要在发电机机组内，以尽可能相同的相角发电，再同时进入电网发电。
1.2时滞系统发展历史
人们对于时滞系统控制方法的研究由来已久。由于时滞系统的会存在使系统的控制品质变坏甚至系统不稳定。所以人们一直在想方设法的找出一个完美的方法来控制它。
关于对时滞系统控制的研究可以从五十年代开始追溯。从那时候起，对于时滞系统的控制大体分为两种类型，即基于模型和无模型两种方法。基于模型的有动态矩阵预测法，最优控制法，Smith预估补偿控制法，自适应控制法等。无模型的方法有自适应模糊法，神经网络预估法，模糊Smith控制法，专家控制法等。现如今其已经从传统控制过渡了到智能控制，二者之间也可组合使用。
在生产过程中，PID?控制是成为历史最悠久、生命力最强的基本方式。其具有众多优点，例如鲁棒性好，原理简单，适用范围广等。现在随着计算机和PLC的发展，计算机和PLC与模糊ID?控制技术完美的结合，可以通过计算机控制?PLC?产生?PID?参数，控制被控对象以及反馈数据给计算机进行处理。但对于滞后比较大的系统PID控制就显得有些束手无策。所以现在很多专家倾向于将PID与其他方法相结合，相辅相成，取长补短，发挥其最大的性能。例如将模糊控制和常规的PID控制相结合设计出一种控制系统，就可以取得良好的控制效果。
现在时滞系统也有许多先进控制方法。先进控制是一种不同于常规控制的方法并且比其更加先进，具有更好控制效果的控制方法的总称。在实际运用中先进控制方法主要运用于那些常规方法不能很好发挥效果甚至完全无效的地方。正是由于先进控制方法的存在，才使人们对于原来一筹莫展的领域有了更好的解决方案。先进控制方法是许多方法的总称，其主要包括：内模控制法、Smith预估法等控制方法。
O.J.M.Smith于1958年首先提出了预估控制器，这是一个时滞补偿的预估算法。为了纪念他，后世人们将其提出的方法称为Smith预估法。这种方法具有许多优点，其最大的优点就是将时滞的环节移到了闭环之外，有效的提高了控制的品质。但对于在实际生产活动中使用来说，其有一个很先天性和致命的缺陷，那就是太过于依赖数学模型，当预估模型与实际对象有差距，采用Smith预估的控制品质会极其差，甚至会发散，因此在实际生产中使用比较困难。所以人们一直在寻找方法来克服这一先天性疾病，并大致研究出了两种针对其缺陷的方案。一种是在其原有的结构上做出改动，其主要是使用智能控制并在不同位置增加些许串联或者并联的环节进行补偿；另外一种方法则主要是在参数的整定上做出改变，通过泰勒多项式来进行展开并根据鲁棒性能指标和它的指标函数对控制器进行解析设计，也可以对Smith预估系统的反馈传递函数进行改进，以增强它的稳定性和鲁棒性。
最近一些年以来对神经网络控制这一方法的研究处于热点位置，这种方法在时滞系统控制方法中也占有一足之地。神经网络具有自学习和自组织的特点，所以它可以在线或者离线学习，容错性也比较强。同时它对于信息采取分布式存取、并行处理这一方式，因此在系统处理，辨识，存取，优化等方面有很广泛的应用。它具有非线性逼近特性，可以以任意精度去逼近非线性函数，这也是一大优势。在控制上，神经网络控制主要是预测控制和自适应控制。有人在实际运用当中也会将神经网络控制与Smith预估控制相结合，也得到了不俗的控制效果。
目录
1. 火电厂时滞系统的研究意义 1
1.1 电厂控制现状 1
1.2时滞系统发展历史 1
1.3 时滞系统研究现状 3
1.4课题主要研究内容及本文主要工作 4
1.5 本章小结 4
2. 火电厂时滞的改进办法 6
2.1火电厂中时滞系统研究的输入量 6
2.2 火电厂控制流程研究 6
2.2.1 发电机机组内配置 7
2.2.2 发电机组间配置 7
2.3 火电厂时滞自动化处理 7
2.4 火电厂时滞技术细节 8
2.5 本章小结 8
3. 建立PID模型 10
3.1 确定PID类型 10
3.1.1 比例环节 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.1.2 比例积分环节 10
3.1.3 比例微分环节 10
3.2 确定PID控制系统的参数 10
3.3 带有Smith补偿器的PID系统 11
3.3.1 Smith预估补偿的原理 11
3.3.2 Smith补偿器与PID控制的结合 12
3.4 串级控制的PID系统 12
3.5 内模控制的PID系统 13
3.6 PID系统评估思想 13
3.7 本章小结 13
4. MATLAB仿真研究 15
4.1 引入MATLAB 15
4.2 使用Simulink 15
4.2.1 经典PID模型建立 15
4.2.2 带Smith补偿器的PID模型建立 16
4.2.3 串级控制的PID模型建立 17
4.2.4 内模控制的PID模型建立 18
4.3 分析控制系统的适应性 19
4.4 本章小结 19
5. 系统仿真与验证 20
5.1 控制系统评估 20
5.2 分析结果 22
5.3 本章小结 22
结论与总结 23
参考文献 24
致谢 25
1. 火电厂时滞系统的研究意义
1.1 电厂控制现状
电厂在发电过程中，会不能避免地进行时间的控制。时间控制的来源来自于电厂因为产生能源时需要对控制系统进行同步操作，在发电机运行时，控制系统需要在广泛地意义上进行同步调节。
电厂发电的原理是产生三相的交流电。在每个相位之间，电压的相角都有相差120度左右，而且电压越高，对于偏差的要求就越严格，不能容纳过大的电压相角上的偏差。在多个不相同的相位之间，发电机需要组成发电机组，接入电网中，以相角相差120度的状态同时进入电网发电。在相同的相位之间，发电机需要在发电机机组内，以尽可能相同的相角发电，再同时进入电网发电。
1.2时滞系统发展历史
人们对于时滞系统控制方法的研究由来已久。由于时滞系统的会存在使系统的控制品质变坏甚至系统不稳定。所以人们一直在想方设法的找出一个完美的方法来控制它。
关于对时滞系统控制的研究可以从五十年代开始追溯。从那时候起，对于时滞系统的控制大体分为两种类型，即基于模型和无模型两种方法。基于模型的有动态矩阵预测法，最优控制法，Smith预估补偿控制法，自适应控制法等。无模型的方法有自适应模糊法，神经网络预估法，模糊Smith控制法，专家控制法等。现如今其已经从传统控制过渡了到智能控制，二者之间也可组合使用。
在生产过程中，PID?控制是成为历史最悠久、生命力最强的基本方式。其具有众多优点，例如鲁棒性好，原理简单，适用范围广等。现在随着计算机和PLC的发展，计算机和PLC与模糊ID?控制技术完美的结合，可以通过计算机控制?PLC?产生?PID?参数，控制被控对象以及反馈数据给计算机进行处理。但对于滞后比较大的系统PID控制就显得有些束手无策。所以现在很多专家倾向于将PID与其他方法相结合，相辅相成，取长补短，发挥其最大的性能。例如将模糊控制和常规的PID控制相结合设计出一种控制系统，就可以取得良好的控制效果。
现在时滞系统也有许多先进控制方法。先进控制是一种不同于常规控制的方法并且比其更加先进，具有更好控制效果的控制方法的总称。在实际运用中先进控制方法主要运用于那些常规方法不能很好发挥效果甚至完全无效的地方。正是由于先进控制方法的存在，才使人们对于原来一筹莫展的领域有了更好的解决方案。先进控制方法是许多方法的总称，其主要包括：内模控制法、Smith预估法等控制方法。
O.J.M.Smith于1958年首先提出了预估控制器，这是一个时滞补偿的预估算法。为了纪念他，后世人们将其提出的方法称为Smith预估法。这种方法具有许多优点，其最大的优点就是将时滞的环节移到了闭环之外，有效的提高了控制的品质。但对于在实际生产活动中使用来说，其有一个很先天性和致命的缺陷，那就是太过于依赖数学模型，当预估模型与实际对象有差距，采用Smith预估的控制品质会极其差，甚至会发散，因此在实际生产中使用比较困难。所以人们一直在寻找方法来克服这一先天性疾病，并大致研究出了两种针对其缺陷的方案。一种是在其原有的结构上做出改动，其主要是使用智能控制并在不同位置增加些许串联或者并联的环节进行补偿；另外一种方法则主要是在参数的整定上做出改变，通过泰勒多项式来进行展开并根据鲁棒性能指标和它的指标函数对控制器进行解析设计，也可以对Smith预估系统的反馈传递函数进行改进，以增强它的稳定性和鲁棒性。
最近一些年以来对神经网络控制这一方法的研究处于热点位置，这种方法在时滞系统控制方法中也占有一足之地。神经网络具有自学习和自组织的特点，所以它可以在线或者离线学习，容错性也比较强。同时它对于信息采取分布式存取、并行处理这一方式，因此在系统处理，辨识，存取，优化等方面有很广泛的应用。它具有非线性逼近特性，可以以任意精度去逼近非线性函数，这也是一大优势。在控制上，神经网络控制主要是预测控制和自适应控制。有人在实际运用当中也会将神经网络控制与Smith预估控制相结合，也得到了不俗的控制效果。
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