加热炉网络控制系统的最少拍响应控制策略-AET-电子技术应用

加热炉网络控制系统的最少拍响应控制策略

来源：电子技术应用2012年第4期

黄晓烁, 蒋静坪

浙江大学电气工程学院, 浙江杭州 310027

摘要： 研究加热炉网络控制系统的最少拍响应控制策略。推导了加热炉网络控制系统的频域和离散型状态方程的数学模型,并采用时间戳神经网络,对不确定、时变的网络信息传输延时进行预测。重点研究了具有最少拍响应的数字控制器设计方法,导出了数字控制器控制算法。仿真结果表明,提出的控制算法实现了加热炉精确的温度控制,无稳态偏差,并具有良好的动、静态特性。

关键词： 自动控制系统DCSFCS 网络控制不确定延时加热炉最少拍响应

中图分类号： TP13
文献标识码： A
文章编号： 0258-7998(2012)04-0070-03

Network based dead-beat response control strategy of the heating stove control systems

Huang Xiaoshuo, Jiang Jingping

College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

Abstract： Network with random time delay based dead-beat response control strategy of the heating stove control system has been studied in this paper. At first, the mathematical models of the network based heating stove control system both in frequency domain and discrete state equation have been established, then, using time-stamped BP neural network method to predict the delay time of network is presented. This is followed the digital controller with dead-beat response design method has been given. The control algorithms of the digital controller are derived. Simulation results are illustrated that the accurete temperature control without steady-state error can be achieved the system has excellent dynamic and static performance.

Key words : networked control; random time delay; heating stove; dead-beat response

加热炉网络控制系统是指加热炉经互联网形成的闭环控制系统。网络控制系统具有一系列独特的优点:它能实现远距离的控制与监视；可利用互联网上丰富的信息资源,能增强控制系统的功能；特别是,随着各种移动通信网接入到互联网络后,能实现控制系统的特殊功能。此外,还能简化控制系统的硬件结构,降低成本,灵活性好,适应性强。因此,网络控制系统已成为当今控制系统发展的新方向。

　虽然网络控制系统存在着种种的优越性,但也存在明显的不足。主要缺点是：由于网络的分时、复用、且带宽有限,网络中信息的传输会产生延时,而且延时的长短与网络的协议、传输量、传输距离和传输时间等诸多因素有关,具有明显的不确定性、时变性和随机性,不仅给控制系统的建模、控制、优化带来了很大的困难,而且会影响控制系统的运行性能[1-2]。本文针对网络控制系统存在的不足,为使加热炉炉温得到精确快速的控制,着重研究几个方面：
   (1)采用时间戳BP神经网络对不确定、时变的延时进行在线、实时的预测；使不确定系统变换成确定性系统来处理；
   (2)采用预测的延时值,建立了加热炉网络控制系统的频域和离散状态方程数学模型；
   (3)为了加快具有大热惯性加热炉的温度动态响应,采用无稳态误差、快速响应的最少拍数字控制策略,给出了控制器的设计方法；最后,给出仿真结果,验证了提出控制算法的有效性。

3 仿真研究
3.1 被试加热炉的技术数据

被试加热炉型号:SX2-4-10；时间常数:Th=300 s；延时时间:90 s；系统放大倍数:K=7.5。
3.2 仿真结果及结论
仿真结果如图3所示。

在图3中,曲线1、2分别表示采样周期为60 s与120 s时的单位阶跃响应特性。由图可见，系统具有最少拍响应特性,即系统的稳态误差为零，过渡过程时间最短，系统输出仅滞后输入信号一个采样周期。并且，当采样周期缩短时,系统过渡过程时间也相应减少。但必须指出，当采样周期缩短到一定值时,由于系统的输入信号幅值有限(系统的能量有限),系统输出不能服从最少拍响应规律。
参考文献
[1] HU S, Yan Weiyong.Stability of networked control systems subject to input and output packet loss[C]. Decision and Control 2009 hold jointly with the 2009 28th Chinese Control Conference CDC/CCC 2009,15-18, Dec.2009.
[2] Wang Xinlan, Fei Chunguo, Han Zhengzhi. Adaptive predictive functional control for networked control systems with random delays[J]. International Journal of Automation and Computing, 2011,8(1):62-68.
[3] Liu Yi, Sun hexu. Time-stamped multivariable generalized predictive control of network control systems[C]. Computer Design and Applications (ICCDA) International Conference, Volume.3, 2010:211-215.
[4] Rees D. Networked predictive control of internet/intranet Based Systems[C]. 第25届中国控制会议论文集(下册), 2006.
[5] 项国波. 时滞系统优化控制 [M].北京:中国电力出版社, 2008.

原创声明：此内容为AET网站原创，未经授权禁止转载。

相关内容