【摘要】工业过程中的时滞现象非常普遍，大时滞的存在严重影响了系统的控制效果和稳定性，导致系统的超调变大，调节时间变长，甚至出现振荡和发散。史密斯预估控制是一种有效的时滞补偿方法，它能有效的解决控制系统中控制通道的纯滞后问题，减少超调量并加速调节过程。聚合釜温度被控对象的迟延的特点，本文介绍了一种采用施密斯预估补偿的聚合釜温度控制系统的应用研究，预计结果采用施密斯预估补偿的控制要优于传统的PID控制，能够很好地满足工业聚合釜的控制性能要求。
　　
【关键词】温度控制 预估补偿 聚合釜
　　
1 预估补偿控制
　　
1.1 Smith预估器的控制机理
　　
Smith预估补偿是在解决纯滞后问题中得以广泛应用的方法之一。smith预估补偿的特点是：预先估计出过程的相应特性，然后由预估器进行补偿，力图使延迟了的被控量提前反映到调节器，使调节器提前动作，从而提高控制系统的性能。
　　
Smith 预估器控制的基本思路是：预先
　　
估计过程在基本扰动下的动态特性，然后由
　　
预估器进行补偿控制，力图使被延迟了τ的被调量提前反映到调节器，并使之动作，以此来减小超调量并加速调节过程。1.2 Smith预估补偿控制算法
　　
针对大滞后过程的预估补偿是按照过程的特性预估出一种模型加入到反馈控制系统中，以补偿过程的动态特性。该方法的基本思路是：预先估计出系统在基本扰动下的动态特性，然后由预估器对时滞进行补偿，力图使被延迟了的被调量超前反映到调节器，使调节器提前动作，从而抵消掉时滞特性所造成的影响，减小超调量，提高系统的稳定性和加速调节过程，提高系统的快速性（图
　　
2 史密斯温度控制方案应用研究
　　
2.1 聚合釜及其控制简介
　　
2.1.1 聚合釜简介
　　
在腈纶厂聚合车间单体聚合反应过程中，聚合釜作为反应容器，它的状态精确受控直接影响产品的质量以及冷冻盐水的消耗。在聚合釜内，反映单体、氧化剂、还原剂、催化剂与回收单体受搅拌反映放热，然后由控制冷冻盐水的的量来降低放热温度，将温度控制在58-64℃之间，这个温度是影响生产指标的关键。
　　
2.1.2 聚合釜控制简介
　　
聚合釜温度控制过程中，温度低了反映不完全不仅影响生产效率，也浪费冷冻盐水加大能耗；温度高了会导致聚合物煲聚，使反应物料废掉，后果更是严重。因此，尽可能消除降温时的时滞，将温度一直控制在有效范围内是控制反映过程的关键。
　　
聚合釜是一个典型惯性、纯滞后对象。惯性可认为是对象储存能量的能力体现，对聚合釜来说就是对热能的储存能力，聚合釜的热容量较大，当增大或减少冷冻水流量时，聚合釜温度的上升或下降需要较长时间。纯滞后则意味着控制信号在传输上有延迟。启动时动作迟钝，所以在这个阶段应加大控制力度以提高其响应的灵敏性；而在调节接近目标时，则由于惯性产生的大冲力而很容易导致大的超调，所以要提早降低控制信号幅值或加抑制作用以减小超调。对聚合釜温度控制来说，在误差正大时，以大冷冻水流量快速降温，在误差正小时，要以低于稳态流量设定值进行升温，或提前切换至稳态流量设定值而依靠惯性达到温度设定值。
　　
在聚合釜的温度控制系统中，当冷冻水流量发生变化后，热量在釜内经过热交换使釜内空间感受到热量变化，并以温度变化的形式体现出来，最后通过热电阻的响应输出温度读数，其中每一环节都含有惯性和滞后，它们的累加和构成了冷冻水流量到温度的惯性和滞后，因此聚合釜温度响应是一个典型的慢过程。
　　
2.2 控制方案的设计
　　
聚合釜是一个具有惯性、纯滞后、参数时变以及准确的数学模型难以建立等特点的复杂控制对象。对于单纯的PID控制方法很难解决具有这些特点的控制对象，本文将通过smith预估补偿的方法来解决。
　　
2.3 控制指标：
　　
控制要求指标：控制范围为58～64℃；控制目标温度为60℃；稳态精度要求在±2℃以内。
　　
输入信号为热电阻产生的温度信号。输出信号为控制冷冻水流量调节阀信号。配有输入功能键盘，完成自动/手动，温度设定值增加，温度设定值减少，温度测量值显示。
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