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基于廣義預(yù)測(cè)的蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)研究

作者: 時(shí)間:2013-05-22 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏



2.4管道模型

忽略氣體傳輸過(guò)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(guò)程的影響,管道內(nèi)的氣體傳輸過(guò)程必然造成嚴(yán)重的純滯后。為便于分析,管道模型可以用http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/5E9B969FFBCC45EF.jpg簡(jiǎn)化,作為整個(gè)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,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/FC2D995BC472A06B.jpg為純滯后時(shí)間,并且各單元模型 http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/E2E77420BE56608E.jpg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:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/EAB82E827EAA5E81.jpg

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/2F9CB2516DFC5E0F.jpg

其中,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/78DD705E9D4BD5EA.jpg為蒸氨槽氨氣壓力,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/305DA205A64CA1F3.jpg為供料泵調(diào)節(jié)的氣體質(zhì)量流量,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/BD4426775E7A25DF.jpg為通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的氣體質(zhì)量流量,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/44BC31E3E80455B1.jpg為閥門的開(kāi)度。



http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/694C6DEDFDDD1030.jpg

由上述公式推導(dǎo)得到蒸氨槽氨壓數(shù)學(xué)模型為:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/2681DA1AD24621F0.jpg

引入系統(tǒng)管道模型即延時(shí)環(huán)節(jié)得到:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/9410A8079F3679DB.jpg

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(kāi)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):

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/7669E9B3AF39F093.jpg

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/491232AC633A0423.jpg為比例放大系數(shù),http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/912550D4F657D530.jpg為慣性時(shí)間常數(shù),http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/E10572DA18BFE987.jpg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(kāi)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)http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/5E466D366FDCD502.jpg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http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/2B83D59D03F54CA6.jpg:實(shí)際系統(tǒng)控制過(guò)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(guò)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(guò)程控制中,其時(shí)間常數(shù)http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/C20CFC7CC0D2F8CE.jpg決定了被控對(duì)象滯后時(shí)間的快慢。

對(duì)象比例放大系數(shù)http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/526FF342BA68644D.jpg:這里的對(duì)象是指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)http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/5643C1C92C69A0C9.jpg屬于靜態(tài)增益參數(shù),與時(shí)間變化無(wú)關(guān)。靜態(tài)增益http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/F6D04DCB93EA0EB6.jpg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,http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/9759CB6A2C20FCCC.jpg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http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/AE252CE01B568E54.jpg值越小,則被控對(duì)象的穩(wěn)定性較好。

3蒸氨槽氨壓廣義控制

由前面對(duì)蒸氨槽氨壓控制過(guò)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(guò)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(guò)程控制效果不佳。

針對(duì)鐵紅蒸氨過(guò)程控制中被控對(duì)象具有時(shí)滯性,并且依賴控制過(guò)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)的控制算法GPC。在鐵紅蒸氨槽氨壓中,利用廣義控制的多步預(yù)測(cè)及控制時(shí)域補(bǔ)償時(shí)滯,判斷未來(lái)的控制作用趨勢(shì),通過(guò)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

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)象階躍響應(yīng)的預(yù)測(cè)模型向量為http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/E4A04EA393B58BEC.jpg,N為建模時(shí)域。當(dāng)k時(shí)刻控制有M個(gè)控制增量http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/E79B2640054B6410.jpg時(shí),可算出其未來(lái)時(shí)刻的輸出值:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/6FFEE42E43695A1A.jpg



3.2滾動(dòng)優(yōu)化

式(21)可寫(xiě)成向量形式:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/AC610F72415D2C4C.jpg

考慮不希望控制增量變化過(guò)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:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/3BD7AD87CE08084C.jpg

將式(3)代入式(4),并通過(guò)極值必要條件dJ(k)/dΔuM=0可求得 http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/04DD438D6ED4D806.jpg,以構(gòu)成實(shí)際控制http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/7A4A3654880BAB00.jpg作用于對(duì)象。下一時(shí)刻,它又提出類似的優(yōu)化問(wèn)題求出http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/CAB42DA7B063926A.jpg ,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(lái)時(shí)刻的輸出預(yù)測(cè)值 http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/4485D784EDA7FF65.jpg。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 http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/297AF11ED3DCA816.jpg采用對(duì)e(k+1)加權(quán)的方式來(lái)修正對(duì)未來(lái)輸出的預(yù)測(cè):

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/57EE243B7FC235A6.jpg

式中:http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/3A68875A17B1CC37.jpg 為權(quán)系數(shù)組成的N維向量[4],

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/241F9582B7B40F28.jpg為校正后的輸出預(yù)測(cè)向量。經(jīng)過(guò)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:

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/ADBBA906C9469508.jpg

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121025/52AF8E62EC10DE49.jpg

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/159353.htm

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