基于预测原理的串级控制系统的设计及实现.pdf

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1、学校代码：10255作者学号：2111089基于预测原理的串级控制系统的设计及实现DesignandRealizationofCascadeControlSystemBasedonPredictiveControl学科专业：系统工程论文作者：何宝嘉指导老师：石红瑞答辩日期：2014年01月O基于预测原理的串级控制系统的设计及实现东华大学学位论文原创性声明IJYllJIIIl2IIIlll5lllllloJllJll6lrrll3lllllll7lrllJ型本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得

2、的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：1I，1豆毛日期：％j4，年。月学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于学位论文作者签名：保密口，在年解密后适用本版权书。不

3、保密必。日期：h坪年≯月名日伺良毛O基于预测原理的串级控制系统的设计及实现摘要在常规的控制系统中，串级控制系统对改善控制品质有其独到之处，在工业过程控制中被广泛使用。串级控制系统适用于具有容量滞后较大、纯时延较大、扰动变化激烈而且幅度大、参数互相关联、非线性等特点的工业生产过程。研究串级控制在过程控制中的应用，有助于保持生产稳定、降低消耗和成本、提高劳动生产率，具有深远的意义。本文将预测控制算法与PID相结合，对串级控制系统进行了深入的研究，包括动态矩阵一PID(DMC—PID)串级控制算法和预测PI—PID(PPI．PID)串级控制算法的基本原理、算法优点以

4、及可调参数对控制系统控制效果的影响，并且将该两种控制算法分别应用到双容水箱液位控制系统上，并得到较好的控制效果。本文的主要工作有：(1)串级控制算法研究。将预测控制算法与PID相结合，分别对DMC．PID串级控制和PPI—PID串级控制进行理论研究，使用MATLAB软件的m函数及Simulink工具箱对两种算法进行仿真，分析研究可调参数对控制算法的影响，并与单回路的DMC控制和PPI控制进行比较。(2)对象建模。采用阶跃响应法，对双容水箱液位被控对象进行建模，为控制算法提供所需的系统传递函数。(3)控制算法实现与应用。根据被控对象分别设计DMC—PID串级控制

5、和PPI—PID串级控制。在SiemensS7—300的PLC平台上使用Step7梯形图编程、WinCC全局脚本编程以及数据交换实现对象的DMC．PID控制；使用Step7梯形图编程实现对象的PPI．PID控制。在WinCC监控软件上设计监控界面，对控制效果进行实时的监控。并将控制算法应用到双容水箱液位被控对象上。实现结果表明，与单回路控制方案相比，串级控制对于大滞后系统有着良好的控制效果，控制系统具有较好的抗干扰性和鲁棒性。关键字：串级控制；DMC．PID；PPI—PID：s7．300；WinCC：双容水箱DesignandRealizaltion。fCas

6、cadeC。ntrolSystemBased。nPredictiveControlABSTRACTIIlconventionalcontrolsystems，cascadecontrol，whichhasitsOWllknackm1mproVmgcontrolquality，iswidelyusedinindustrialprocesscontr01．Cascadecontrolsyst锄1ssultableforindustrialproductionprocess，whichhascharacteristicsoflargercapacitylag，pu‘

7、edelay,fiercedisturbance，couplingparameters，nonlinearityetc．ResearchonAppllcatlonofcascadecontr01inprocesscontrolhelpstomaintainthestableproduction，reduceconsumptlonandc。st．improvelaborpr。ductivity，whichhasfar-reachingsignificance·Inthispaper，thepredictivecontrolalgorithmiscombinedw

8、ithPID；theca8cadeco