非线性现象是自然界的基本现象之一,在化工、炼油、石化、冶金、制浆造纸等过程工业的工程系统中,大量存在着反应、精馏、裂解、熔炼、结晶、干燥等单元过程,其相关变量之间的相互影响均为十分复杂的非线性关系。非线性控制系统的研究受到学术界和工程界的极大重视,但无论在理论还是应用研究方面均远远未达到令人满意的结果。 本文在查阅众多文献的基础上,介绍了预测控制与模糊控制的基础理论、发展过程、研究现状以及未来可能的发展方向。探讨了预测控制与模糊控制这两种方法结合的可能性。提出了两种控制器:一是用普通PID控制器实现的基于T-S模糊模型描述的非线性模糊控制器,另一种是基于模糊模型的非线性DMC预测控制器,为非线性系统控制器的实际应用提供了实用方便的选择。 为了研究模糊模型PID优化控制的策略,我们在浙江大学工业控制技术国家重点实验室建立的填料塔实验装置的基础上,建立了一套填料塔热交换系统。系统由填料塔装置、蒸汽发生装置、水供给系统以及计算机控制系统等组成。该装置可模拟塔类装置的各种过程,以此为对象进行各种控制策略的实践和理论的研究。本文介绍了换热塔实验装置及该装置的过程原理。 针对填料塔热交换过程的强非线性与不稳定性,在机理分析的基础上建立了分段非线性模型,采用本文提出的模糊模型PID优化控制的方法,设计了该装置的模糊模型PID优化控制器,对系统温度进行控制。 本文最后给出了实验结果,并与传统的PID控制作了对比。实验结果表明,采用本文提出的方法,整个装置运行性能良好,控制效果令人满意。 由于非线性系统的复杂性和理论研究的相对落后,人们对非线性系统的研究方兴未艾。展望未来,将传统的控制理论和方法与现代先进控制理论和方法相结合,形成新的理论和方法,将是非线性系统研究的重要方向和出路。