无模型控制律串级形式及其应用

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1、无模型控制律串级形式及其应用摘要：无模型控制律在炼油、化工、电力、轻工等领域应用获得了良好的效果。应用的方式大都是串级形式。本文将对无模型控制律的串级形式进行分析,指出这种形式是对具有干扰的大时滞系统控制的一种有效的方法，给出了在加热炉控制中成功应用的实例。关键词：串级控制、无模型控制方法、大时滞、加热炉CascadeSchemeofModelFreeControlLawandItsApplicationAbstractTheapplicationofmodelfreecontrollawhaveobtainedeffectsinoilrefining,chemicalindus

2、try,power,lightindustryandsoon.Moreschemeofapplicationarecascadeform.Inthispaper,thecascadeformofmodelfreecontrolhavebeenanalyzed,itpresentedthat,thiscontrolschemeisaeffectivemethodfortosolvecontrolproblemoflargescaletimedelaysystemwithdisturbance,andintroducedtheexampleofsuccessfulapplicatio

3、ninthecontrolofheatfurnace.Keywords:cascadecontrol,modelfreecontrolmethod,largescaletimedelay,heatfurnace1、引言无模型控制技术是一类兼有现代控制理论与经典PID的优点，不依赖被控对象的数学模型，保证系统闭环稳定性，控制效果良好，算法简单的新型控制算法和控制器，是当前自动控制理论研究的一个新课题。我们在上世纪80年代末开始了无模型控制技术的研究。经过十多年的探索和应用实践，现在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了无模型控制器及其软件包。它们在炼油、化工、轻工

4、、焦碳、化肥、造纸、电力、玻璃等行业的应用，收到了满意的效果。无模型控制律又称为非建模自适应控制律(NMAC),它有可能成为使各种难控环节实现闭环控制的有利工具。无模型控制技术的基本理论在文献[1—5]已进行了讨论.无模型控制技术的应用及其效果,在文献[6—9]中已有详细的报导。本文只讨论离散时间的情形，以下表示控制器的测量值，即被控系统的输出，表示控制器的输出即被控系统的控制量，表示时间。文献[1]、[5]指出无模型控制律具有如下特点：1）无模型控制律是一种结构自适应控制律2）无模型控制律是冲破P、I、D和线性框架束缚的产物2）无模型控制律是新的建模与控制思想即“建模与控制一体

5、化”的产物[1]许多难控环节存在的问题，往往要用串级控制形式来解决。串级控制对克服被控系统的时滞能收到好的效果。这是因为当用两个控制器进行串级控制时,每个控制器克服时滞的负担相对减小,这就使得整个控制系统克服时滞的能力得到加强。串级形式的框图如下所示：10让我们以加热炉的温度控制为例说明应用串级控制系统的合理性。在各类工业装置中加热炉大量存在,对加热炉的温度进行控制是工业过程控制的一个重要而且困难的问题.这是因为加热炉系统是一个比较复杂的系统,特别是在石化工业中,这种复杂性表现的尤为突出。加热炉的温度对于保证产品的指标是非常重要的.控制效果好,即能保证产品质量又能提高产量。某些加

6、热炉炉出口温度控制非常困难,波动幅度大。控制不理想的原因在于被控对象十分复杂：(1)其它系统引起的瓦斯压力波动经常引起炉膛温度和炉出口温度的波动；(2)瓦斯气体中含氢气量的变化,照成温度波动很大;(3)处理量频繁提降也造成出口温度的波动;(4)油品不断切换也使炉口的温度产生较大的波动;(5)加热炉的温度存在较大的时滞。可以看出,加热炉系统是一个时变、大时滞、多干扰的复杂系统。从加热炉工作特性可以看出，燃料量的多少是加热炉温度变化的决定因素。但其变化过程是：燃料量的变化首先引起炉膛温度的变化，由于炉膛温度产生变化，进而引起炉出口温度的改变。由此可见，对炉出口温度的控制采用炉膛温度与

7、炉出口温度进行串级控制的控制方案是合理而且可行的，这种方案也有助于对一系列干扰的克服。在实践中我们用无模型串级控制系统很好的解决了加热炉温度的控制问题，而无模型控制系统的串级控制形式与经典的串级控制形式有所不同，所以有必要对有关问题进行讨论。2用于串级系统系统的无模型控制律1）、串级调节的基本思想在生产过程控制中，一些复杂环节，往往需要进行串级控制。即把两个控制器串联起来，第一个控制器的设定值是控制目标，它的输出传给第二个控制器，作为它的设定值，第二个控制器的输出作为串级控制系统