模糊预测控制的工业窑炉温度控制系统设计(附件)【字数：10848】
摘 要摘 要随着科技的不断发展，系统控制技术也在不断进步，而这带来的是越来越复杂的控制对象，很多对象有较大的惯性，滞后时间也很长，并且具有较大的非线性。而窑炉在工业过程控制中应用的非常普遍，但其温度具有很强的非线性，要设计比较准确的模型难度很大。所以，设计一个能够精确控制并且稳定运行的窑炉温度控制系统对工业生产意义很大。针对窑炉的这些特性，本文对模糊控制以及预测控制进行了分析研究，并联系两者的主要特性，设计了一种模糊预测控制算法，该算法有比较强的模糊逻辑推理能力，同时可以预测系统输出，可以对系统提前调节，从而可以使系统更快的达到稳定。本文先是用热电偶对窑炉的温度进行采集，然后设计相应的模糊控制器，然后用MATLAB对模糊控制算法进行仿真并与PID比较。仿真结果表明，与PID 控制相比较，该方法有更好的稳态性能。关键词预测控制；模糊控制；工业窑炉；温度
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 研究现状及存在的问题 1
1.3本文的主要内容 2
第二章 系统工作原理及分析 3
2.1 引言 3
2.2 窑炉温度的检测 3
2.3 系统组成 4
2.4小结 5
第三章 控制算法研究 6
3.1 预测控制 6
3.1.1动态矩阵控制算法 8
3.1.2动态矩阵控制算法的参数设计 10
3.1.3算法实现 12
3.2模糊控制 13
3.2.1模糊控制的基本原理 14
3.2.2模糊控制器设计 17
3.3 模糊预测控制算法研究 21
3.3.1模糊预测控制 21
3.4 小结 22
第四章 系统研究及仿真 23
4.1工业窑炉的数学模型 23
4.1.1最小二乘系统辨识 23
4.2系统仿真 25
4.2.1基于模糊预测控制算法的仿真 25
4.2.2模糊预测算法与PID控制算法仿真比较 27
4.3小结 31
结论及展望 32
致谢 3 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景与意义 1
1.2 研究现状及存在的问题 1
1.3本文的主要内容 2
第二章 系统工作原理及分析 3
2.1 引言 3
2.2 窑炉温度的检测 3
2.3 系统组成 4
2.4小结 5
第三章 控制算法研究 6
3.1 预测控制 6
3.1.1动态矩阵控制算法 8
3.1.2动态矩阵控制算法的参数设计 10
3.1.3算法实现 12
3.2模糊控制 13
3.2.1模糊控制的基本原理 14
3.2.2模糊控制器设计 17
3.3 模糊预测控制算法研究 21
3.3.1模糊预测控制 21
3.4 小结 22
第四章 系统研究及仿真 23
4.1工业窑炉的数学模型 23
4.1.1最小二乘系统辨识 23
4.2系统仿真 25
4.2.1基于模糊预测控制算法的仿真 25
4.2.2模糊预测算法与PID控制算法仿真比较 27
4.3小结 31
结论及展望 32
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4
参考文献 35
绪论
研究背景与意义
随着科学研究的深入，系统控制技术在快速的发展，随之工业过程中的一些受控对象也变得越来越复杂，主要有很强的不确定性。而工业窑炉就是一种很常见的工业过程控制对象，其温度控制在工业生产过程中尤为重要，因为其温度控制的效果直接会影响最后产品的质量。但是另一方面因为其温度具有大惯性，纯滞后，时变性，很难用一种精确的模型来表示，而采用本文研究的模糊预测控制对一些具有不确定性、纯滞后、时变性等特点的非线性系统控制效果比较好。
目前，预测控制已与很多技术联系起来了，这使其解决一些复杂过程的效果进一步得到加强，同时也开阔了其使用范围，这也反映了这项技术的应用潜力是巨大的。同时，这种思想和人类的控制思想更加接近，这在一定程度上能够进一步提高系统控制的效果，因此，这是一个很有吸引力的研究发展方向。综上所述，本文研究的模糊预测控制不管是在控制技术发展领域还是在窑炉生产过程中都是非常有意义的。
研究现状及存在的问题
自70年代以来，电子技术迅猛发展，自动控制也随之得到了快速发展，由于工业过程控制中很多方面都离不开温度的控制，因此国外温度控制系统发展很快，其主要的发展方向就是智能化以及高精度，并取得了很大的成果。德国、美国、日本、等国在这个方面的技术和其他国家相比相对领先，他们生产的很多控制器性能都很好，并在世界各地的各个行业都应用很多。另一方面，在我们国家，对温度调控的研究还不够透彻，同一些先进国家相比，差距还是很大。?
目前，在对窑炉温度控制的设计有以下两种常用方法来实现[1]。
第一种是以DDC为基础的。系统中的计算机用途是检测所要采集参数，主要是通过输入通道，然后按之前已经设定好的调节规定来调节，最后将得到的结果输出并将其作用于执行机构，从而能够实现多回路调节。但是，设计DDC系统软硬件相对而言比较复杂，而且，如果碰到逻辑控制，用这种方法实现就比较困难了。
第二种是以PID为基础的。这种方法在系统调控中比较多见，因为其算法容易掌握、受干扰影响较小，比较稳定，比较适合可以搭建精准模型的线性系统。但如果对于一些复杂的非线性系统，如工业窑炉的温度控制，控制效果就很难令人满意了。
相比于上面两种技术，用模糊预测控制技术具备一定程度的优越性。
模糊控制的所控制的对象不需要很准确的数学模型，并且鲁棒性强，主要是以系统实际输入输出数据为依据，参照熟练现场工作成员所掌握的知识，然后就能够随时对系统进行调控[2]。
预测控制主要是以系统输入和一些历史信息作为依据，然后来预测系统未来的输出, 这种控制方法不管是线性系统还是非线性系统都适用。
因此,要实现对具有严重非线性的窑炉温度控制系统的控制，设计一个模糊预测控制模型是一个可行也比较好的方法。
1.3 本文的主要内容
第一章：首先阐述了选题的研究背景与意义；接着论述了如今温度控制的发展状况和出现的一些问题。
第二章：分析了窑炉温度控制系统的运行机制及其构成，其中包括窑炉温度的获取方法以及系统的关键构成部分。
第三章：分别对模糊控制和预测控制的运行机制以及实现方法做了简要的介绍，同时阐述了一种把两者相融合的算法，并详细说明其实现原理。
第四章：介绍系统辨识，并用模糊辨识的方法建立窑炉数学模型，然后将本文提出的模糊预测控制算法运用到整个系统中；最后用MATLAB仿真，并与传统的PID控制进行比较与分析。
系统工作原理及分析
2.1 引言
针对窑炉温度的调控, 得攻克多种因素的影响，如延时性和一些环境的干扰等。由于存在很多不稳定的因素，所以工业窑炉的温度控制效果都不是很满意，这对陶瓷产品的质量有极大影响。以前，大部分窑炉温度控制系统主要采用PID算法来实现控制，虽然这种方法可靠性高，鲁棒性也比较好，但如果要控制大时滞的对象效果就欠佳了。而本文采用的模糊预测控制算法，将两种方法进行了很好的互补，因此能够实现对很多复杂过程的调控。而要完成整个系统的设计，首先要解决的问题就是选择合适的输入变量，所以就要分析影响窑炉温度的因素，然后进行分析比较选择合适的方法来实现对窑炉温度的检测。下面就将对窑炉温度的检测和系统的组成做一下具体分析。
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