基于自適應(yīng)Smith預(yù)估器的蒸氨槽溫度控制

分類：技術(shù)教程日期：2012-06-04 00:00:00 來源：西部工控網(wǎng)

　　1引言

　　蒸氨生產(chǎn)屬于鈦黃生產(chǎn)廢液處理同時也是副產(chǎn)品鐵紅生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，對蒸氨系統(tǒng)控制的好壞直接影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行，蒸氨槽槽內(nèi)溫度的控制又是該工藝的關(guān)鍵。然而蒸氨系統(tǒng)具有很強(qiáng)的非線性、大時滯和不確定性等特點(diǎn)，難以用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，一般的控制方法很難達(dá)到理想控制效果[1]。

　　本文結(jié)合重慶魯潤鈦黃粉有限公司的實(shí)際，介紹了一種基于Smith預(yù)估器的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將Smith預(yù)估器和自適應(yīng)控制技術(shù)結(jié)合，采用閉環(huán)控制方式調(diào)節(jié)入槽蒸汽流量的大小來實(shí)現(xiàn)對槽內(nèi)溫度的自動控制，達(dá)到了較好效果。

　　2蒸氨槽溫度控制算法研究

　　2.1系統(tǒng)建模

　　針對蒸氨分離過程，通過熱力學(xué)原理進(jìn)行相應(yīng)計算及簡化，蒸氨槽溫度控制對象的傳遞函數(shù)可以近似表示為含滯后的一階慣性環(huán)節(jié)[2]：

　　2.2自適應(yīng)Smith預(yù)估控制算法

　　考慮到蒸氨槽溫度控制系統(tǒng)是一個大時滯系統(tǒng)，而Smith預(yù)估器自提出以來就被認(rèn)為是理論上解決時滯系統(tǒng)很有效的方法。但常規(guī)的Smith預(yù)估控制只有在預(yù)估模型與蒸氨槽溫度控制系統(tǒng)完全一致的情況下才能完全消除時滯的影響[3]。但是蒸氨槽中的環(huán)境很復(fù)雜，會出現(xiàn)很多不定因素，因此模型與實(shí)際系統(tǒng)肯定會存在誤差，除此以外，如果控制過程中存在擾動，那么系統(tǒng)的參數(shù)將會發(fā)生變化，同樣會導(dǎo)致預(yù)估模型和系統(tǒng)的不一致。鑒于此，考慮將模型參考自適應(yīng)和Smith預(yù)估控制結(jié)合起來，通過參考模型與被控對象的輸出廣義誤差來在線辨識被控對象，通過調(diào)節(jié)參考模型，使參考模型的動態(tài)性能與被控對象的動態(tài)性能盡可能一致，這里的參考模型就是要采用的Smith預(yù)估控制器，然后通過自適應(yīng)機(jī)構(gòu)來調(diào)整Smith預(yù)估控制器，這樣就可以得到較好的控制效果。

　　自適應(yīng)Smith控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　圖1自適應(yīng)Smith控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　根據(jù)本文所討論的實(shí)際系統(tǒng)可知(2)式的誤差在控制系統(tǒng)的誤差允許范圍之內(nèi)。這樣就將時滯對象從非線性系統(tǒng)變成了近似線性系統(tǒng)。傳遞函數(shù)為：

　　本文所討論的模型是一個一階慣性環(huán)節(jié)加純時滯環(huán)節(jié)，前面已將時滯環(huán)節(jié)近似線性化，因此本文討論的模型近似成二階系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型為

　　3算法仿真

　　為了驗(yàn)證自適應(yīng)Smith控制算法的效果，本文與常規(guī)Smith控制算法進(jìn)行

　　圖3 模型匹配時的仿真比較

　　從圖3中可以看出，自適應(yīng)Smith控制器，與常規(guī)Smith預(yù)估控制器相比，系統(tǒng)超調(diào)量更小，但是由于自適應(yīng)Smith控制器的計算量要大于常規(guī)Smith預(yù)估控制，響應(yīng)速度會相應(yīng)降低。然后保持控制器參數(shù)不變，讓對象模型靜態(tài)增益K增大一倍，變?yōu)?.4時，常規(guī)Smith控制器和自適應(yīng)Smith控制器的響應(yīng)曲線如圖4所示。