基于廣義預(yù)測(cè)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(zhǎng)，加上原料氨水反應(yīng)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(yán)重的純滯后。為便于分析，管道模型可以用
簡(jiǎn)化，作為整個(gè)廣義對(duì)象傳遞時(shí)延的獨(dú)立環(huán)節(jié)，主要包括測(cè)量滯后、反應(yīng)滯后、傳輸滯后等，
為純滯后時(shí)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(gè)單元建立模型，推導(dǎo)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(dǎo)得到蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：
引入系統(tǒng)管道模型即延時(shí)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(duì)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(shí)間常數(shù)，
表示純滯后時(shí)間。這三個(gè)參數(shù)共同描述了被控對(duì)象的控制特性。其具體意義如下：慣性時(shí)間常數(shù)T：被控對(duì)象在缺乏控制器調(diào)節(jié)的情況下，從接受外界輸入時(shí)間開始，系統(tǒng)輸出自行到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。它表征了被控對(duì)象動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性，如果時(shí)間常數(shù)
增大，則相應(yīng)系統(tǒng)輸出響應(yīng)后，恢復(fù)到新穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間也會(huì)增大。滯后時(shí)間
：實(shí)際系統(tǒng)控制過程中，當(dāng)輸入到被控對(duì)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(shí)間才會(huì)響應(yīng)，使輸出變化，這稱為時(shí)延滯后。時(shí)滯特性存在于鐵紅蒸氨生產(chǎn)以及許多復(fù)雜工業(yè)過程控制中，其時(shí)間常數(shù)決定了被控對(duì)象滯后時(shí)間的快慢。廣義對(duì)象比例放大系數(shù)
：這里的廣義對(duì)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(duì)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(shí)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(duì)輸入變化較為敏感，而系統(tǒng)被控對(duì)象的穩(wěn)定性較差。相反若值越小，則被控對(duì)象的穩(wěn)定性較好。3蒸氨槽氨壓廣義預(yù)測(cè)控制
由前面對(duì)蒸氨槽氨壓控制過程特性的分析，被控對(duì)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(dǎo)致模型失配，常規(guī)控制算法顯然對(duì)蒸氨過程控制效果不佳。
針對(duì)鐵紅蒸氨過程控制中被控對(duì)象具有時(shí)滯性，并且依賴控制過程的精確數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)，選擇對(duì)于模型依賴程度較低、具有自適應(yīng)能力以及魯棒性較強(qiáng)的預(yù)測(cè)控制算法GPC。在鐵紅蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)中，利用廣義預(yù)測(cè)控制的多步預(yù)測(cè)及控制時(shí)域補(bǔ)償時(shí)滯，判斷未來的控制作用趨勢(shì)，通過滾動(dòng)優(yōu)化作用求取當(dāng)前最佳的控制作用即。同時(shí)由于具有模型在線辨識(shí)與反饋校正功能，對(duì)于參數(shù)變化及環(huán)境干擾模型失配等具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，因此鐵紅蒸氨槽氨壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yù)測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3.1預(yù)測(cè)模型
假設(shè)被控對(duì)象基于階躍響應(yīng)的預(yù)測(cè)模型向量為
，N為建模時(shí)域。當(dāng)k時(shí)刻控制有M個(gè)控制增量
時(shí)，可算出其未來時(shí)刻的輸出值：
3.2滾動(dòng)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(shí)刻的優(yōu)化性能指標(biāo)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(shí)際控制
作用于對(duì)象。下一時(shí)刻，它又提出類似的優(yōu)化問題求出
，即“滾動(dòng)優(yōu)化”策略。3.3反饋校正
當(dāng)k時(shí)刻把控制量u(k)施加于對(duì)象時(shí)，利用預(yù)測(cè)模型(2)可算出未來時(shí)刻的輸出預(yù)測(cè)值
。但由于實(shí)際模型失配及環(huán)境干擾等影響，預(yù)測(cè)值可能偏離實(shí)際值[4]。輸出誤差 
采用對(duì)e(k+1)加權(quán)的方式來修正對(duì)未來輸出的預(yù)測(cè)：
式中：
為權(quán)系數(shù)組成的N維向量[4]，
為校正后的輸出預(yù)測(cè)向量。經(jīng)過移位后即可作為k+1時(shí)刻的初始預(yù)測(cè)值，用向量形式表示即為：
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/159353.htm
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