工业过程串级控制系统性能评价

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1、万方数据公苤呈／J7℃’UDC作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：密级学位论文工业过程串级控制系统性能评价张长平谭树彬副教授东北大学信息科学与工程学院硕士学科类别：工学控制理论与控制工程2014年6月论文答辩日期：2014年6月2014年7月答辩委员会主席：钱晓龙杨卫国、段勇东北大学2014年6月万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringPerformanceAssessmentofIndustrialCascadeControlSystemsByZhangChangpingSupervi

2、sor：AssociateProfessorTanShubinNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：孑教苔午Et期：川峙6号工翟日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘

3、，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年囱?学位论文作者签名：‘乏谚援禾导师签名：签字日期：2o弹耳6目乙善Q。签字日期：万方数据东北大学硕士学位论文摘要工业过程串级控制系统性能评价摘要工业控制系统是生产过程自动化的基础，在现代化的生产制造中起着至关重要的作用。在实际工业过程中，控制系统投放运行初期大多处于良好的运行状态。但是，由于设备磨损、系统故障等原因，加之缺乏定期的维护，导致了控制系统出现性能下降的现象，不仅会降低企业的经济效益，甚至会危害企业的安全运行

4、。因此，近二十年来控制系统性能评价技术受到了广大学者的广泛关注，如何利用闭环运行数据评价当前控制系统性能成为了该领域研究的热点问题。本文基于子空间辨识技术，在工业过程单回路控制系统性能评价的基础上，对串级控制系统性能评价方法进行了研究，主要内容包括：(1)研究子空间辨识技术，总结子空间辨识理论基础：正交投影理论与斜向投影理论，为子空间辨识技术应用到控制系统性能评价领域奠定了基础。(2)针对单回路控制系统，利用基于联合输入输出的子空间辨识方法得到系统的过程模型、噪声模型与过程延迟。应用最小方差(MinimumVariance，MV)基准与线性二次高斯(LinearQuadraticGaus

5、sian，LQG)基准评价单回路控制系统。仿真验证得出了最小方差基准存在控制作用过强，鲁棒性较差，评价结果保守的缺点；相反，LQG基准不仅考虑了对输出方差的要求，同时考虑了控制成本的大小，更加符合生产实际。(3)鉴于LQG基准更加符合生产实际的优点，提出了基于LQG基准的串级控制系统性能评价。得到了基-丁．联合输入输出方法的串级控制系统子空间辨识算法，可以有效地估计过程的对象模型、噪声模型与当前内环、外环控制器模型。同时，提出了控制系统总体最优、当前外环控制器不变设计内环控制器最优和当前内环控制器不变设计外环控制器最优三种情况，分别评价控制器的总体性能、内环控制器性能与外环控制器性能。仿

6、真验证，基于LQG基准的串级控制系统性能评价方法，不仅可以给出控制器的总体性能，同时可以给出内、外环控制器的可提升性能，验证了算法的有效性与实用性。(4)针对单回路控制系统性能评价方法与串级控制系统性能评价方法，利用MATLAB／GUI开发了一套控制系统性能评估软件，并将其应用到了单机架板带材厚度控制系统，取得了良好的效果。万方数据东北大学硕士学位论文摘要关键词：性能评价；单回路控制系统；串级控制系统；最小方差(MV)基准；线性二次高斯(LQG)基准万方数据东北大学硕士学位论文AbstractPerformanceAssessmentofIndustrialCascadeControlS

7、ystemsAbstractProcesscontrolsystemisthebasisofindustrialproductionautomationandplaysacrucialroleinthemodemmanufacturing．Atthebeginning，controlsystemsarealwaysrunningingoodconditionsinpracticalindustrialprocess．However,