【摘 要】
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高温碳化炉作为加热炉的一种,其典型特点是存在时滞、非线性、参数时变、系统不确定性以及炉内环境恶劣等问题,严重恶化了碳化炉系统的温度控制过程。为了实现精确、快速、稳定的温度跟踪性能,以碳纤维生产线中的高温碳化炉为研究对象,研究碳化炉温度的先进控制系统,主要研究内容和创新点如下:1、本文利用热量守恒定律,建立了温度动力学模型,并将其简化为一阶加纯滞后（FOPDT）模型,又使用基于模型推导的含有滞环的偏
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高温碳化炉作为加热炉的一种,其典型特点是存在时滞、非线性、参数时变、系统不确定性以及炉内环境恶劣等问题,严重恶化了碳化炉系统的温度控制过程。为了实现精确、快速、稳定的温度跟踪性能,以碳纤维生产线中的高温碳化炉为研究对象,研究碳化炉温度的先进控制系统,主要研究内容和创新点如下:1、本文利用热量守恒定律,建立了温度动力学模型,并将其简化为一阶加纯滞后（FOPDT）模型,又使用基于模型推导的含有滞环的偏置继电反馈系统辨识参数。由于辨识过程未使用Nyquist稳定判据的非线性环节近似且继电器含有滞环和偏置特性,所以此方法相较于传统方法辨识精度高、辨识步骤简单、抗扰动能力强且对于高阶对象也有降阶效果。2、碳化炉具有时滞、非线性等特点,常规PID难以满足控制标准,本文提出了预测PI（PPI）控制器,该控制器由PI模块和预测模块组成,预测PI控制器具有动态品质好、超调量小、响应速度快、鲁棒性好以及参数整定简单等优点;此外,针对FOPDT模型和积分加纯滞后（IPDT）模型提出了一种新型的PID,该新型PID是预测PI控制器的简化形式,能够近似拥有预测PI的控制效果。3、本文总结了传统控制器的抗积分饱和思想,首次提出了针对预测PI控制器的一系列抗积分饱和策略,其中反馈抑制法依据饱和量来抑制积分项,相比传统的抗积分饱和办法能减小超调量、具有参数少、调参简单、自适应能力高等优点。4、系统响应速度与鲁棒性之间的协调对控制系统有重要的影响,本文提出了一种基于粒子群优化（PSO）的控制参数优化方法,以提高系统响应速度和鲁棒性。与人工调参相比,PSO调参效率更高、控制系统自适应能力更高、鲁棒性更好。此外,PSO方法可按照不同的量化指标来定向调节参数以满足不同系统的要求,这是人工调参不具备的能力。
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