PDF《无模型自适应控制方案在特种氧化铝厂的应用》

无模型自适应控制方案在特种氧化铝厂的应用 (作者:王冬新 中国铝业中州分公司计控室,焦作 454174) 摘要: 根据特种氧化铝厂的生产特点以及对旋闪主机温度的控制要求.

提出了一 种自适应无模型控制方案, 并对该方法进行了详细的分析. 以及如何用 SCX 语言实现对主机温度的自动控制,阐明了常规控制方式和该方法的差异

一、引言 自动化控制领域通常分为两部分,即过程自动化和机械自动化.这两种自动 化都可分为获得信息,处理信息,输出信息三部分,第一部分是通过测量装置由 生产设备上自动获取信息;

第二部分是按一定的逻辑关系对所获得的信息进行处 理;

第三部分通过输出装置输出信息,通过相应的辅助装置送到生产设备上的执 行装置上,从而对生产进行控制.这种信息处理方式就是广义的反馈控制概念, 根据控制系统所处理信息形式的不同,可分为:连续量控制系统它包括(定值控 制系统,随动控制系统,前馈控制系统,程序控制系统) .断续量控制系统它包 括(采样控制系统,开关量控制系统,顺序控制系统) .连续量控制系统中反馈 系统占绝大多数, 其本质是一个按时间函数进行控制的控制系统. 一般来说, 一 个常规控制系统的原理方框图如下所示: 手动值 SV DV 手/ 自动开关 MV PV 其中控制参数包括:比例度P,积分时间I,微分时间D,控制周期Ts 变量 说明 SV 给定值 控制器 受控对象 控制参数 PV 测量值 MV 控制量 DV 偏差(PV-SV) PV与MV的关系可表述为PV=f(MV);

式中函数 f(*)为该系统的数学模 型 由图可知它是最常见的控制算法,在大多数情况下,它已能满足生产要求. 但在某些场合已不合要求,求解 f(*)的表达式是很困难的,甚至是不可能的,此 时就不能使用依赖数学模型的常规控制方法,例如: 1.过程可控程度差,且具有较明显的时变特性或非线特性 2.扰动剧烈,而且幅度大,控制性能要求较高,过程参数之间存在严重的关 联性 3.常规控制方案很难控制纯滞后时间较大的过程 这是因为作用于系统上的 扰动要经过纯滞后时间 T0 后,才开始使被控变量有所反应,而控制器对被控参 数偏差的控制作用又不能适时反应出来, 以致造成控制过头 引起过程超调严重, 甚至发生振荡 本文针对以上这些情况提出了不依靠数学模型的自适应控制方法: 如下图2 所示 ?D 手动值 SV DV 手/ 自动开关 MV PV 图2 无模型自适应控制系统方框图 其中控制参数包括:采样时间Ts,增量值 ?,参照下表 P 控制器 受控对象 控制参数 变量 说明 SV 给定值 PV 测量值 MV 控制量 DV 偏差(PV-SV) ?D 控制精度给定 下面就这种无模型自适应控制系统实现方法进行讨论.可以做如下设定: 1)MV 的可调范围[MVmin,MVmax],其中 MVmin,MVmax 是已知的,例如0-1 00% 2)设对 PV 的控制要求为 SV±?D, 为保证 PV 增量的绝对值在任何情况下都满足 |DV|≤?D,MV 增量的绝对值的最大值| ?MV |应不大于某一个值,设为 β,即应 有|?MV |≤β,其中 β 是可以估计的值(经验值) 3)系统是可控制的,当设定 SV 和?D 时,在[MVmin,MVmax]上至少存在一点 MV,使得满足|DV|≤?D. 4)PV 与MV 是单调的,且单调情况(递增/递减)是已知的,如PV随MV的增 加而增大或减少. 5)系统特性的变化有的缓慢(例如 2#,3#,4#干白烘干系统) ,有的是快速的 (例如 1#干白烘干系统) ,设采样时间为 Ts,而系统响应时间为 To,总应有 Ts≥ To. 以上系统的控制理念就是用某一种方法寻找一个 MV, 使得|DV|≤?D, 由于 系统模型 f(MV)是未知的,因此只能采用试探的方法,先给定一个 MV 后, 延迟一段时间 Ts 后,观察 PV 值,如果|DV|≤?D,则此时的 MV 就是要找的控 制量输出,我们可以采用折半查找的方法,快速找 MV 的值. 在系统运行的初始阶段,MV 按以下方法进行调整: 1)令MVL=MVmin,MVH=Mvmax;