基于廣義預測的蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)研究
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2.4管道模型
忽略氣體傳輸過程中管道損耗，由于輸送管道很長，加上原料氨水反應及氨氣蒸出過程的影響，管道內(nèi)的氣體傳輸過程必然造成嚴重的純滯后。為便于分析，管道模型可以用
簡化，作為整個廣義對象傳遞時延的獨立環(huán)節(jié)，主要包括測量滯后、反應滯后、傳輸滯后等，
為純滯后時間，并且各單元模型 不同。2.5蒸氨槽氨壓系統(tǒng)模型
由前面各個單元建立模型，推導蒸氨槽氨壓系統(tǒng)模型：
其中，
為蒸氨槽氨氣壓力，
為供料泵調(diào)節(jié)的氣體質(zhì)量流量，
為通過調(diào)節(jié)閥門的氣體質(zhì)量流量，
為閥門的開度。令
由上述公式推導得到蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)數(shù)學模型為：
引入系統(tǒng)管道模型即延時環(huán)節(jié)得到：
由上式可知蒸氨槽氨壓主要由供料泵的轉(zhuǎn)速控制，出口調(diào)節(jié)閥閥門開度及出口端壓力在一定范圍條件下不變，得到轉(zhuǎn)速對蒸氨槽氨壓的傳遞函數(shù)為形如一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)：
為比例放大系數(shù)，
為慣性時間常數(shù)，
表示純滯后時間。這三個參數(shù)共同描述了被控對象的控制特性。其具體意義如下：慣性時間常數(shù)T：被控對象在缺乏控制器調(diào)節(jié)的情況下，從接受外界輸入時間開始，系統(tǒng)輸出自行到達新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間。它表征了被控對象動態(tài)響應的特性，如果時間常數(shù)
增大，則相應系統(tǒng)輸出響應后，恢復到新穩(wěn)態(tài)值的時間也會增大。滯后時間
：實際系統(tǒng)控制過程中，當輸入到被控對象的輸入變量發(fā)生改變后，系統(tǒng)輸出需要經(jīng)過一定時間才會響應，使輸出變化，這稱為時延滯后。時滯特性存在于鐵紅蒸氨生產(chǎn)以及許多復雜工業(yè)過程控制中，其時間常數(shù)決定了被控對象滯后時間的快慢。廣義對象比例放大系數(shù)
：這里的廣義對象是指控制系統(tǒng)中不包括控制器的部分，具體有氨壓控制對象，執(zhí)行結(jié)構(gòu)以及壓力變送器等。比例放大系數(shù)屬于靜態(tài)增益參數(shù)，與時間變化無關(guān)。靜態(tài)增益的含義為系統(tǒng)輸出重新穩(wěn)定后之前輸入量的變化與輸出量的變化的比值，在同一輸入作用下，值越大，則系統(tǒng)輸出表變化越大，系統(tǒng)輸出影響對輸入變化較為敏感，而系統(tǒng)被控對象的穩(wěn)定性較差。相反若值越小，則被控對象的穩(wěn)定性較好。3蒸氨槽氨壓廣義預測控制
由前面對蒸氨槽氨壓控制過程特性的分析，被控對象為一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)，由于蒸氨過程中外界環(huán)境干擾參數(shù)變化導致模型失配，常規(guī)控制算法顯然對蒸氨過程控制效果不佳。
針對鐵紅蒸氨過程控制中被控對象具有時滯性，并且依賴控制過程的精確數(shù)學模型特點，選擇對于模型依賴程度較低、具有自適應能力以及魯棒性較強的預測控制算法GPC。在鐵紅蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)中，利用廣義預測控制的多步預測及控制時域補償時滯，判斷未來的控制作用趨勢，通過滾動優(yōu)化作用求取當前最佳的控制作用即。同時由于具有模型在線辨識與反饋校正功能，對于參數(shù)變化及環(huán)境干擾模型失配等具有較強的自適應能力，因此鐵紅蒸氨槽氨壓系統(tǒng)設(shè)計靈活方便，具有良好的控制性能和魯棒性[3]。
圖4 蒸氨槽氨壓廣義預測控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.1預測模型
假設(shè)被控對象基于階躍響應的預測模型向量為
，N為建模時域。當k時刻控制有M個控制增量
時，可算出其未來時刻的輸出值：
3.2滾動優(yōu)化
式(21)可寫成向量形式：
考慮不希望控制增量變化過于劇烈，因此，k時刻的優(yōu)化性能指標的向量形式可取為：
將式(3)代入式(4)，并通過極值必要條件dJ(k)/dΔuM=0可求得
，以構(gòu)成實際控制
作用于對象。下一時刻，它又提出類似的優(yōu)化問題求出
，即“滾動優(yōu)化”策略。3.3反饋校正
當k時刻把控制量u(k)施加于對象時，利用預測模型(2)可算出未來時刻的輸出預測值
。但由于實際模型失配及環(huán)境干擾等影響，預測值可能偏離實際值[4]。輸出誤差 
采用對e(k+1)加權(quán)的方式來修正對未來輸出的預測：
式中：
為權(quán)系數(shù)組成的N維向量[4]，
為校正后的輸出預測向量。經(jīng)過移位后即可作為k+1時刻的初始預測值，用向量形式表示即為：
本文引用地址：http://www.antipu.com.cn/article/159353.htm
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