模煳预测控制在电阻炉温度控制中的应用.doc

模糊预测控制在电阻炉温度控制中的应用 秦补枝1，王翠表2 （1 南京化工职业技术学院 自控系，江苏 南京210048；2 河北大学 质量技术监督学院，河北 保定071000） 摘　要：利用模糊控制对对象模型要求低、响应速度快、预测控制的超前性的特点，设计了模糊预测控制器来对电阻炉温度进行控制。仿真结果表明，此方法增强了系统的跟踪性，对纯滞后具有较好的补偿作用，对被控参数具有较强的适应能力，比传统的控制方法精度高、速度快、控制质量优良。关键词：电阻炉；温度控制；预测控制；模糊控制；纯滞后 中图分类号：TP273+.4　　 文献标识码：A　　 文章编号：1004-4620（2006）06-0059-02 The Study of Fuzzy-Predictive Control for the Temperature of Electric-furnac QIN Bu-Zhi1，WANG Cui-biao2 (1 The Automatic Control Department of Nanjing College of Chemical Technology, Nanjing 210048, China；2 Supervision College of Quality and Technology, Hebei University, Baoding 071000, China) Abstract: A fuzzy and predictive controller is designed with the advantage of fuzzy control’s features such as the low requirement of the object and fast response, and predictive control’s characteristic of predicting. Simulation results show that this method enhances the trackability of the system, has better compensation to the delay, stronger adaptability to the controlled parameter, and more advantageous than traditional methods.Key words: resistance furnace; temperature control; predictive control; fuzzy control; dead time; 1 引 言 　　由于电阻炉的炉温动态特性具有容积滞后大、对象的增益、滞后时间都与工作温度有关等特点，而传统的PID控制算法只能在工作点附近的小范围内取得好的控制效果，而对于整个过程控制效果不好。虽然采用大林算法、Smith预估补偿算法可以提高控制精度，但是这些算法是建立在获得精确的对象模型基础上的。在实际应用时很难得到对象的精确模型，因此控制效果不是很理想。最近发展起来的模糊控制算法由于具有对对象模型要求低、响应速度快的特点，经常被应用于温度控制系统中[1]。近年来，根据现在和过去的信息预测未来输出的预测控制算法被广泛应用于工业控制过程中，用来增强系统的跟踪性[2]。因此，为了克服传统控制算法的不足，把模糊控制和预测控制相结合设计了一种模糊预测控制器对电阻炉的温度进行控制，仿真结果表明该方法比传统的炉温控制方法精度高、速度快、控制质量优良。 2 炉温控制系统的设计 2.1 系统原理　　选择控功型的电阻炉，其工作原理为：由热电偶检测炉内实际温度，经温度变送器转换为0～5V的电压信号，经计算机采集后与设定温度进行比较，得到温度误差和误差的变化率，利用模糊预测控制算法求出控制输出量。该输出量输送到可控硅调压器的输入端，使可控硅的导通角改变。导通角越大，输送到电阻炉两端的交流电压就会愈高，电阻炉的输入功率也就增大，炉温上升；反之，导通角减小，电阻炉输入功率减小；炉温偏差为零时，可控硅保持一定的导通角，电阻炉输入一定的功率。经过控制可控硅的导通角来控制电阻丝中电流，进而控制对象温度，使对象的实际温度向着给定温度变化并最终达到给定温度。电阻炉控制系统的原理见图1。 　　图1 电阻炉控制系统的原理　　R 温度设定值 T 实际温度　U 可控硅电路的输出值 E 温度误差 2.2 模糊预测控制器的设计　　预测控制策略包括内部模型、参考轨迹和控制算法三个典型的组成部分。在预测控制算法的三个基本特征中，预测模型是描述对象动态行为的基础模型，通常把对象的脉冲响应h（f）或阶跃响应a（f）在一系列采样