无模型控制律及其在露点检测仪中的应用微耕机
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无模型控制律及其在露点检测仪中的应用
无模型控制律及其在露点检测仪中的应用 2011年12月09日 来源： 汪国强1，张国生1，张铁柱2，韩志刚1(1黑龙江大学电子工程学院，黑龙江哈尔滨150080；2哈尔滨理工大学系统工程研究所)1引言 现在，以被控对象的数学模型为基础的现代控制理论得到了很大的发展，但是由于大量实际被控对象给不出合适的数学模型，现代控制理论在许多场合遇到了困难。“自适应控制”、“模糊控制”、“预测控制”、“智能控制”、“专家系统”等方法的出现，试图解决对模型的依赖问题。但实质上仍没有摆脱模型框架的束缚，有时还要用到建模及系统辨识等手段。这些方法已用于一些动态过程控制中。但由于控制算法复杂，不能适应未知非线性，不能抑制不确定强干扰，所以其应用范围仍受到很大限制。 文献［１］提出了多输入单输出非线性系统的不依赖于系统的数学模型的控制算法，并称之为无模型控制律。经过多年的研究，无模型控制技术已达到了实用阶段。根据这一理论设计制造出的无模型控制器在炼油、化工、轻工、焦炭、化肥、造纸及电力等行业应用，收到了满意的效果。 根据实际需要，作为无模型控制器应用的一个新领域，在我们研制的在线智能露点检测仪中应用无模型控制律作为仪表内相应参数的控制方法，取得了控制稳定、检测精度高、反应快速等良好的使用效果。 本文在工程实践的基础上，对无模型控制律一般形式的各参数的工程意义及参数组态进行介绍和分析，并针对其在仪表检测中的使用进行说明和探讨。2无模型控制律的一般形式及各参数的工程意义 “无模型控制器”是“无需建立模型的自适应控制器”的简称，它的控制算法由基本无模型控制算法和功能组合算法两部分组成。无模型控制律的一般形式：到。G(…)是适当的函数，表示控制律的功能组合部分。而 A，b,C,d,α，β，σ是无模型控制律的组态参数，无模型控制律的算法的功能组合部分由一系列功能算法经适当的结合而组成。这些参数的工程含义如下： λk是偏差y0－y(k)的放大、缩小倍数，即偏差的增益。 gk，在系统平稳时，即测量值y(k)变化很小，gk＝0；当y(k)变化加快时，gk是一个正变数，随y(k)变化的绝对值增大而增大。由于gk的存在，使无模型控制器具有克服大干扰的能力。 A是反向调节强度，起预先反向调节作用，可克服超调，使系统尽快的达到稳定状态。 b是克服静差作用权数，其克服静差作用的强度与此参数成正比。 C是稳定作用与快速转向权数，此参数取值适当，可使系统平稳运行。 参数α，d，σ都是为了避免相应算式的分母为0，所以它们都是适当小正数。 α，β的存在主要是保证控制器自身的稳定性。 为了解决调节过程的快速性和稳定性的矛盾，在无模型控制器的算法中，还设有智能区间。智能区间是以设定值y0为中心，一个适当的正数h为半径的区间［y0－h,y0＋h］。智能区间h是无模型控制器的另一个重要参数。一般地说，在智能区间外，无模型控制律将快速地克服静差；在智能区间内，无模型控制律将进行稳定调节。3无模型控制器的参数组态 依据无模型控制律设计制造的F00—1系列无模型控制器，在炼油、化工、造纸等行业的应用取得了良好的效果。实践证明，无模型控制器的控制功能远优于大量应用的PID调节器。无模型控制器具有参数自整定功能，但这种整定功能在一定范围内进行，所以给定一组良好的参数初值还是十分必要的。我们仅就单回路情形说明参数组态的一般方法；对于串级环节，参数组态则稍复杂一些。 λk：是控制律的增益，也是它的灵敏度，其初值一般取成1。 h：它的取值范围是0～100%。例如当y0＝60%，而h=5%时，智能区间为(55%，65%)。h的取值依据系统的时滞和超调量而定，一般的说，超调量大，h的值相应的就得大些。一般取3%～5%。 A：初始值取为1，观察系统的动态变化，如果测量值总是处于给定值的上方或下方，这说明A的值大了，应减小；如果产生振荡，则说明A的值小了，应适当加大，直到消除振荡为止。 b：先取一个适当的初值，如果产生振荡，并且测量值在设定值上下不断的摆动，这说明b值给大了，应当减小。如果u(k)的值变化缓慢，使得不能够及时的对测量值进行跟踪调节，说明b值小了，应增大。 C：一般