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广义预测控制在电阻炉温度控制中的应用研究

作　者: 艾岭
导　师: 武俊峰
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 多变量广义预测控制 系统辨识 递推最小二乘法 电阻炉
分类号: TP13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 182次
引　用: 2次
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内容摘要


热处理电阻炉是进行热处理工艺的关键设备。由于电阻炉体积庞大、加热温度高以及工况复杂,对其温度进行控制往往表现出多输入多输出、强耦合、时变、大时滞以及不确定性强等特点,导致难以建立其精确的数学模型,从而使得传统控制理论无法满足实际控制需要,所以进行精确控制难度较大。因此,如何精确控制电阻炉的温度成为满足热处理工艺要求的关键问题。本文首先简要介绍了我国热处理工业以及电阻炉温度控制的发展现状及趋势,模型预测控制的发展及其在工业上的应用。其次,本文针对大型电阻炉的多输入多输出、强耦合、大时滞以及模型不确定性等特点,提出用递推最小二乘法辨识出系统的CARIMA模型,并用多变量广义预测控制方法对其温度进行控制。在此基础上,推导了多变量广义预测控制算法的控制律以及对角CARIMA模型MGPC控制器系数的直接求解方法,避免了Diophantine方程的求解,达到了简化MGPC的目的。根据HSR-1600-8型台车式电阻炉热处理工艺的要求,结合电阻炉历史运行数据,对电阻炉系统进行了仿真研究。通过仿真对比,说明本文所提出的算法具有良好的跟踪性能,一定的鲁棒性,达到了节能增效的目的,是一种具有较高理论和实践价值的新型算法,并且有着十分广阔的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-25
  1.1 课题背景  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题研究的目的和意义  11-12
  1.2 热处理电阻炉的发展概况  12-14
    1.2.1 电阻炉简介  12-13
    1.2.2 电阻炉控制方法现状及发展趋势  13-14
  1.3 系统辨识概述  14-16
    1.3.1 系统建模与辨识  14-15
    1.3.2 系统辨识的研究现状及发展趋势  15-16
  1.4 模型预测控制简介  16-24
    1.4.1 模型预测控制及其特点  16-19
    1.4.2 广义预测控制的基本原理及其特点  19-23
    1.4.3 广义预测控制在工业中的应用  23-24
  1.5 本文主要研究内容  24-25
第2章 电阻炉控制系统总体结构  25-31
  2.1 系统技术指标  25
    2.1.1 台车式电阻炉技术指标  25
    2.1.2 温度控制系统技术指标  25
  2.2 系统总体结构  25-28
    2.2.1 炉体结构  25-26
    2.2.2 DCS 控制系统总体设计  26-28
  2.3 系统工作原理  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章 电阻炉系统建模  31-35
  3.1 辨识对象介绍  31
  3.2 输入输出数据的获得  31-32
    3.2.1 采样时间的选择  31-32
    3.2.2 输入信号的设计  32
    3.2.3 数据的预处理  32
  3.3 模型结构辨识和参数辨识  32-33
  3.4 辨识结果  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 多变量广义预测控制及其实现方法  35-49
  4.1 多变量广义预测算法  35-41
  4.2 多变量广义预测控制器直接求解方法  41-47
    4.2.1 GPC 算法实现难点分析  41
    4.2.2 常用简化实现方法介绍  41-44
    4.2.3 广义预测控制器系数直接算法  44-46
    4.2.4 算法实现  46-47
  4.3 有约束时的处理方法  47-48
  4.4 本章小结  48-49
第5章 电阻炉控制系统仿真研究  49-62
  5.1 参数选择  49-50
    5.1.1 被控对象模型  49
    5.1.2 控制器参数选择  49-50
  5.2 电阻炉系统仿真  50-55
    5.2.1 单回路模糊PID 情况  50-51
    5.2.2 非自适应模型无失配情况  51-52
    5.2.3 非自适应模型失配情况  52-53
    5.2.4 自适应模型无失配情况  53-54
    5.2.5 自适应模型失配情况  54-55
    5.2.6 仿真结果分析  55
  5.3 运行故障分析  55-61
    5.3.1 电阻丝熔断情况分析  55-58
    5.3.2 热电偶损坏情况分析  58-60
    5.3.3 通信中断情况分析  60-61
  5.4 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-67
攻读学位期间发表的学术论文  67-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化基础理论 > 自动控制理论
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