加热炉网络控制系统的最少拍响应控制策略

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： 网络控制; 不确定延时; 加热炉; 最少拍响应

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。电感生产厂家

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大电流电感器有限(系统的能量有限),系统输出不能服从最少拍响应规律。
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