MATLAB预测控制的锅炉温度史密斯预估器的改进(4)
3.1 加热炉及其模型的建立
加热炉在工业生产中应用很广，有各种形式的加热炉，其中管式加热炉最常见，其型式有可分为箱式、立式和圆筒炉三大类[5]。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制温度的目的。对于加热炉，工艺介质受热升温或同时进行气化，其温度的高低会直接影响后一工序的操作工况和产平质量。加热炉的平稳操作可以延长炉管使用寿命，因此加热炉出口温度必须严格控制。
3.1.1 加热温度控制系统总体结构图
图2-1所示为某工业生产中的加热炉，其任务是将被加热物料加热到一定温度，然后送到下道工序进行加工。加热炉工艺过程为：被加热物料流过排列炉膛四周的管道后，加热到炉工艺所要求的温度。在加热用的燃料油管道上装有一个调节阀，用以控制燃料油流量，以达到控制温度的目的。
2-1 加热炉温度系统
3.1.2 加热温度控制系统模型的建立
加热炉对象是一个多容量的复杂对象。根据实验测试，并作了一些简化，可以用一阶环节加时滞来近似，即
其时间常数 和时滞时间 与炉膛容量大小及工艺介质停留时间有关[5]。
本文针对的是河北唐山某轧钢厂加热炉温度控制系统, 其被控对象的传递函数为:
3.2 简单控制系统
简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。
图3-2 加热炉温度单回路反馈控制系统结构框图
3.2.1 被控变量的选择
被控变量选择方法：
方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为 被控变量，称为直接参数法。
方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量，称为间接参数法。
3.2.2 选择被控变量的原则
1. 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。
2. 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。
(1) 满足工艺的合理性
(2) 具有尽可能大的灵敏度且线形好
(3) 测量变送装置的滞后小。
3.2.3 操纵变量的选择
选择操纵变量，就是从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入参数，作为操纵变量，而其余未被选中的所有输入量则视为系统的干扰。
3.3 先进控制系统
简单控制系统和常用的复杂控制系统是以经典控制理论为指导的，他们的基本要素是以PID控制器为核心的基本控制回路。由于PID控制器有较好的鲁棒性能，对过程模型要求不高，故对一些不太复杂的过程而言，他们是最常用的控制系统。
20世纪后半叶，以状态空间为标志的现代控制理论取得了长足进步，过程工业也向大型化、集约化方向发展，对控制系统提出了更高的要求。同时控制工具常规仪表也逐渐被以微处理器为核心的DCS和微型机所取代，它们具有强大的计算能力，因此，以提高控制系统品质、生产安全和获得最大经济效益为目标的各种先进控制系统应运而生，这些先进控制系统共同的特点是需要较为精准的过程数学模型，在此基础上开发出各种先进控制策略。它可以大大提高工业生产过程操作和控制的稳定性，明显提高产品质量，有巨大的经济效益。目前应用最广的几种先进的控制系统，包括状态反馈控制系统、内模控制系统、预测控制系统和多变量解耦控制系统。