纯滞后系统控制方法及其实验教学的研究

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纯滞后系统在现代工业生产过程中是广泛存在的,精确控制难度较大。因此,纯滞后系统是控制理论研究的一个重要领域,特别是很多温度、流量等控制系统都是具有纯滞后的系统,对它的研究有着很重要的现实意义;针对这一问题,本文探讨了几种较为成熟的纯滞后系统常规控制方法,并将模糊控制方法与大林算法结合起来,设计了一种模糊自适应大林算法控制器,以WK-Ⅰ型温度控制实验装置为实验平台,对几种常规控制方法和模糊控制方法进行了实验研究,并把研究结论应用于实验教学,指导学生顺利完成实验,正确验证理论教学知识,达到认识一实践一再认识的教学目的,取得了良好的教学效果。首先,本文分析了纯滞后系统的特点,介绍了WK-Ⅰ型温度控制实验装置,简要说明了其构成,根据其物理特性,以阶跃响应曲线为基础,通过计算法测取到其近似传递函数的有关参数,并依据工程经验整定公式整定PID控制器的PID参数,对其进行了基本PID控制算法实验研究,根据研究结果设计了PID控制实验教学项目,说明了PID参数的调整方法,指出了实验中应注意的事项。其次,由于被控对象具有纯滞后,影响了PID控制的性能,文中讨论了几种常规改进算法,即积分分离PID算法、微分先行PID算法,还讨论了Smith预估补偿算法和大林算法,分析了它们的基本原理,深入研究了它们的控制性能,并以WK-Ⅰ型温度控制实验装置为实验平台,进行了实验研究,把研究结果应用实验项目设计和实验过程指导。最后,总结了基于数学模型的常规控制方法所固有的缺点,如对模型变化比较敏感,抗干扰能力差,因此本文又研究了不需数学模型的模糊控制方法,介绍了模糊控制的基本原理,说明了模糊控制器的设计步骤,输入变量的量化方法,输出变量的调节方法,基于WK-Ⅰ型温度控制对象,设计了相应的模糊控制器,进行了实验研究;在此基础上,本文设计了一种新型控制器:模糊自适应大林算法控制器,应用于WK-Ⅰ型温度控制对象的控制,取得了良好的实验效果,把此算法应用于实验教学,设计了一个新型实验,通过这一实验,学生既学习了模糊控制方法,又加深了对大林算法的理解,教学效果很好。
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