PDF《基于 S 7- 300PLC 的水温 S m ith 预估控制的实现》

邮局订阅号: 82-946

360 元/年技术创新控制系统《PLC 技术应用

200 例》 您的论文得到两院院士关注基于 S7- 300PLC 的水温Sm ith 预估控制的实现 The Realization of Water Tem perature Sm ith Predictor Control System Based On SIMATIC S7-

300 PLC (北华航天工业学院) 叶昊王喜斌 YE Hao WANG Xi-bin 摘要: 应用计算机技术,建立了预估器的模型,实现了Smith 预估器的软件模拟.

通过Smith 预估控制改善了温度控制的时滞,即时间延迟,提高了温度控制中在存在大时滞情况下的控制品质.关键词: 时滞;

Smith 预估器;

超越函数 ;

软件模拟 中图分类号: TP273+.5 文献标识码: B Abstract: Using computer technology, we establish the model of Smith predictor and realize software simulation. By Smith predict control, the system improve time lag of temperature control and control?quality following time delay. Key words: Time lag;

Smith predictor;

Transcendental function ;

Imitate with software 文章编号:1008- 0570(2008)09- 1- 0095-

02 1 问题的提出 加热炉的水温控制是一个纯滞后的控制对象.通常认为广 义对象的时滞与时间常数之比 , 即可称为具有大时滞 特性.时滞主要由仪器的惯性引起.因仪器均存在引起惯性的 因素, 如机械式仪器中运动件的质量、 电测仪器中的电感或电 容、 传热式仪器中的热容量等, 故时滞是无法避免的.对于大时 滞对象的控制, 如果采用常规的 PID 算法, 会出现超调量变大, 控制系统稳定性变差的问题.本文通过软件来模拟 Smith 预估 控制器, 可以改善系统在大时滞情况下的控制品质.

2 系统硬件的搭建 加热炉的水温控制系统由上位机、下位机、MM440 变频器、水泵、加热筒、可控硅移相触发器、加热管、加热圆筒热电阻组成.上位机采用WINCC5.0 做监控,下位机为西门子S7- 300PLC. 加热炉加热时,通过改变可控硅触发器的控制电流(4~ 20mA) , 改变可控硅的输出电压(0~ 220V) , 从而控制加热 管的温度 .

3 Smith 预估控制实现的原理 在工业控制中, 许多工业对象可近似用一阶惯性环节和纯 滞后环节的串联来表示, 其传递函数为: ( 1) 式中: ―被控对象的放大系数;

―被控对象的时间常数;

―纯滞后时间. 在下图

1 所示的单回路控制系统中, 表示调节器的传 递函数;

表示被控对象的传递函数, 其中 为被控制 对象中不包含纯滞后部分的传递函数, 为被控制对象纯滞后 部分的传递函数. 图1带纯滞后环节的控制系统 Smith 预估控制的原理是: 与 并接一补偿环节, 用来补 偿被控制对象中的纯滞后部分.这个补偿环节称为预估器, 其 传递函数为 , 为纯滞后时间, 补偿后的系统框图示 于图

2 中. 图2带Smith 预估器的控制系统 由Smith 预估器和调节器 组成的补偿回路称为纯滞 后补偿器, 设其传递函数为 , 即: ( 2) 经补偿后系统的闭环传递函数为: ( 3) 由上式可以画出实现精确补偿时的预估补偿控制系统的 等效方框图, 如下图 3: 图3精确补偿时的等效方框图 上式说明, 经补偿后, 补偿器接受的测量信号比实际检测 到的被控变量提前了时间, 从而消除了纯滞后部分对控制系统 的影响;

并且由于式中的 在闭环控制回路之外, 故而不会 叶昊: 讲师 硕士

95 - - 技术创新中文核心期刊《微计算机信息》(测控自动化)2008 年第24 卷第9-1 期360元/年邮局订阅号: 82-946 《现场总线技术应用