PDF《h预测器在 啤酒发酵系统 中 的应 用》

自动化技术 与应用》

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0 6 年第2

5 卷第l l 期工业控制与应用ndustryCon t r o I a n d ap p l i c a t i on s S m i t h预测器在啤酒发酵系统 中的应用 陈艾华,刘远民,邹文洁 ( 南华大学 机械工程学院,湖南 衡阳

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0 1 ) 摘要:针对啤酒 发酵过程大滞后的特点,设计了基于 S mi t h算法 的控制器 ,仿真和试验结果表明 ,该系统性 能稳定,抗干扰能力 强.

关键词 : S mi t h预测器 ;

I TAE最优P I D控制器 ;

最优控 制设计 中图分类号 : T P

2 9 文献标识码 : B 文章编号 :

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0 2 Th e Ap p l i c a t i o n o f Sm- t h Pr e d i c t o r i n t h e B e e r F e r me n t a t i o n S y s t e m C H E N A i - h u a , L I U Y u a n - mi n , Z OU We n - j i e ( S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g , , Na n h u a Un i v e r s i t y , H e n g y a n g

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0 1 , C h i n a ) Abs t r a c t : Ac c o r d i n g t o t h e l a r g e d e l a y o f t h e p r o c e s s o f b e e r f e r me n t a t i o n , a c o n t r o l l e r b a s e d o n t h e Smi t h a l g o r i t hm i s p r o p o s e d B o t h t h e s i m u l a t i o n a n d e x p e r i m e n t p r o v e t h a t t h e s y s t e m i s s t a b l e a n d h a s a g o o d a b i l i t y o f d i s t u r b a n c e r e j e c t i o n . Ke y wo r d s : S mi t h p r e d i c t o r ;

I T AE o p t i ma l P I D c o n t r o l ;

o p t i mi z a t i o n o f c o n t r o l S y s t e m '

1 引言 在工业生产过程中 , 由于物料 或能量的传输延迟 , 使得具有 时滞特性 的控制对象非常普遍 ,如精馏塔提馏级 温度控制过程、 火箭发动机燃烧室中的燃烧过程、 酿酒的发酵过程等都是典型的 纯时滞系统. 由于系统的这种性质, 使得系统常常产生超调或振 荡,影响系统的性能. 尽管近年来许多专家学者提出了许多智能控制方案I

1 】 , 如专 家系统、 模糊控制、 神经网络等, 尽管这些方法在鲁棒性、 抗干 扰能力方面有很大的优势,但这些方法理论太强,算法过于复 杂, 大多仅限于理论和仿真研究, 而经典的S m i t h 控制算法具有 结构简单、 可靠性和实用性强等优点, 因此在实际生产过程中得 到了广泛的应用. 本文以啤酒发酵这一带有纯滞后性质的过程为 研究对象 ,提出了用 S mi t h预估控制算法来解决这一问题 的方 案.

2 S m- t h 预测器控 制策略 在图 I 所示的单回路控制系统中, D( S ) 表示调节器的传递 函数, 用于 校正, G p ( ) , G s ) e 表 示被控对象的传递函 数. 当被控 对象滞后时间 较大 , 用―般的P I D 调节规律是难以 收稿 日期:

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2 6 得到好的动态特性, 会产生持续振荡或超调 , 使系统的稳定性降 低 .一个补偿的办法是采用史密斯 ( S m i t h )预测器.史密斯纯 滞后补偿的原理是并接一补偿环节 , 用来补偿被控对象中的纯滞 后部分 , 这个环 节称为史密斯预测器 , 补偿后的方框 图示于图2 . 图1单回路控制系统 图2 史密斯预测器补偿方框图 经补偿后,系统的闭环传递函数为 ( ) : ) _P ― .

1 +D( s ) Ge ( s ) 上式表明滞后项在 闭环控制 回路之外 ,不影响系统的稳定 性.由拉 氏变换平移定理可知 , 仅将控制作用在时间上推迟 了 时间, 控制系统的过渡过程及其它 的性能指标都 与原来特性完全 相同,这样就消除了滞后环节对控制系统的性能影响【