加熱爐的爐溫對(duì)象是一個(gè)大慣性、大滯后、慢時(shí)變的被控對(duì)象，用普通PID控制難以獲得滿意的控制效果，溫度波動(dòng)大，超調(diào)嚴(yán)重。因?yàn)閷?duì)象存在慢時(shí)變，采用離線辨識(shí)獲得的對(duì)象模型就不能準(zhǔn)確表述加熱爐爐溫對(duì)象真正的狀態(tài)，從這個(gè)模型出發(fā)獲得的優(yōu)化控制器參數(shù)就不能保證獲得滿意的控制性能。因?yàn)榧儨筇匦源嬖?，而通常采用的最小二乘法辨識(shí)無(wú)法辨識(shí)純滯后項(xiàng)，因此最小二乘法辨識(shí)在這里失效。為了克服辨識(shí)中存在的問(wèn)題，本文采用基于改進(jìn)遺傳算法的在線辨識(shí)，實(shí)時(shí)跟蹤對(duì)象的變化。因?yàn)閷?duì)象存在慢時(shí)變，PID控制器參數(shù)如果固定為某一組數(shù)值，就不能保證當(dāng)對(duì)象變化以后原來(lái)的控制器參數(shù)還能產(chǎn)生滿意的控制效果。因?yàn)榧儨筇匦源嬖?，普通的PID控制器不能克服純滯后，反映到輸出上就是超調(diào)增大，調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，甚至造成不穩(wěn)定。為了使控制獲得最優(yōu)性能，采用改進(jìn)遺傳算法優(yōu)化PID控制器，并將PID控制器與Smith預(yù)估補(bǔ)償控制器反并聯(lián)，抵消大滯后的影響，改善控制效果。因?yàn)榧訜釥t爐溫對(duì)象是個(gè)慢過(guò)程，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，而遺傳算法的缺點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，不適合快過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和優(yōu)化。遺傳算法應(yīng)用于加熱爐爐溫對(duì)象正好可以彌補(bǔ)其速度慢的缺點(diǎn)，遺傳算法適應(yīng)性強(qiáng)，通用性好，不受被控對(duì)象函數(shù)連續(xù)和可微的限制，優(yōu)化效果好等優(yōu)點(diǎn)也得以發(fā)揮出來(lái)?？傮w控制方案中系統(tǒng)辨識(shí)和控制器優(yōu)化都用遺傳算法完成。

因此加熱爐爐溫控制系統(tǒng)的總體控制方案為：

(1)設(shè)計(jì)帶有Smith預(yù)估補(bǔ)償器的PID控制器，作為加熱爐爐溫對(duì)象的控制器。

(2)應(yīng)用基于改進(jìn)遺傳算法的系統(tǒng)辨識(shí)，在線辨識(shí)加熱爐爐溫對(duì)象的參數(shù)。

(3)根據(jù)辨識(shí)的對(duì)象參數(shù)，應(yīng)用改進(jìn)遺傳算法實(shí)時(shí)優(yōu)化PID控制器中的Kp、Ki、Kd三個(gè)參數(shù)，使控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。總體控制方案的結(jié)構(gòu)圖如下：

這個(gè)結(jié)構(gòu)圖所沒(méi)有反映出的是，改進(jìn)遺傳算法辨識(shí)出的對(duì)象參數(shù)除了用于優(yōu)化PID控制器之外，還直接修改Smith預(yù)估補(bǔ)償器中的參數(shù)。