电加热化学反应器的预测控制研究.doc

摘要:电加热化学反应器是化学和化工实验室中常用的设备,它的主要控制参数是反应器的内部温度。系统的控制要求是加热升温快、超调量小、稳定精度高，而且能够根据不同的实验要求,其温度设定值可以作出改变。这样的控制对象的主要特点是时间常数特别大,用常规控制方法难以满足其要求，因此可以选择预测控制算法对其实施控制。

通过建立电加热化学反应器温度控制对象的数学模型，运用MATLAB中MPC工具箱和MPC Tools方法来设计该温度控制系统，通过不断调整参数以达到最佳的控制要求。仿真结果表明，该预测控制算法具有较强的跟踪性、鲁棒性，提高了系统的动静态性能指标。再结合常规PID控制方法,比较两者之间的异同，其结果表明预测控制品质优于常规的PID控制。

关键词 电加热反应器；预测控制；PID控制

目录

摘要

Abstract

1 绪论-1

1.1 选题背景-1

1.1.1 预测控制的分类-1

1.1.2 预测控制的特点-2

1.1.3 预测控制的应用场合-3

1.2 研究内容-3

2 控制系统的数学模型-4

2.1 控制元件数学模型-4

2.2 电加热化学反应器数学模型-9

2.3 温度控制系统的整体分析-10

2.3.1 控制系统的传递函数-10

2.3.2 元部件参数设置-11

3 电加热化学反应器的PID控制-14

3.1 PID控制基本原理及其应用-14

3.1.1 PID控制简介及工作原理-14

 3.1.2 国内外研究现状-17

 3.2 MATLAB概貌-17

 3.2.1 MATLAB的发展-17

 3.2.2 MATLAB的主要功能-18

 3.3 PID最佳调整法和系统仿真-19

 3.3.1 PID参数整定法概述-19

 3.3.2 Relay Feedback调整法-20

 3.3.3 Relay Feedback仿真-20

4 电加热化学反应器的预测控制-26

4.1 预测控制的基本原理及控制器组成-26

 4.1.1 预测控制基本原理-26

 4.1.2 动态预测模型形式-26

4.2 动态矩阵预测控制(DMC)-27

 4.2.1 预测模型-27

 4.2.2 滚动优化-28

 4.2.3 反馈校正-29

4.3 电加热化学反应器的MPC控制器设计-30

 4.3.1 系统状态空间模型的定义-30

 4.3.2 运用MPCTOOL界面设计控制器仿真研究-30

 4.3.3 在Simulink中使用MPC Tools仿真研究-36

 4.3.4 预测控制与PID控制的对比-40

结论-41

致谢-42

参考文献-43

附录-44