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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流玻璃熔窑无模型自适应控制系统的设计.精品文档.2010年第二届计算机仿真与建模国际会议玻璃熔窑无模型自适应控制系统的设计摘要：无模型自适应（MFA）是一种新型的自动控制理论和技术，它不需要过程模型，是解决复杂的工业过程控制的有效方法。玻璃熔窑是一种典型的工业熔炉，玻璃熔化是一个复杂的过程，目前广泛采用的控制算法是PID控制器。本文提出一种基于MFA控制器的玻璃熔窑控制系统，取代传统的PID控制方法。在MATLAB环境下建立系统的仿真模型，仿真结果表明，该控制器能够更好地实现控制玻璃熔窑的控制，在一定程度上克服了传统算法的缺点。关键词：玻璃熔窑
2、；无模型自适应控制（MFAC）；玻璃熔窑；温度；PID控制 介绍无模型自适应（MFA）是一种先进的控制方法，它不需要过程模型。MFA是一个全新的领域的自动控制理论和技术；它是新颖和有效的思路和方法用来解决复杂工业过程控制。MFA控制技术是完全不同于PID和自调整PID控制、模糊控制、神经网络控制、专家系统控制。无模型自适应控制系统被定义有以下特性;（1）精确定量知识的过程不是必要的；（2）过程识别机制或标识符不包括在系统内；（3）为一个特定过程的控制设计并不需要；（4）手动调整控制器参数不是必学的；（5）闭环系统的稳定性分析和标准，用来保证系统的稳定性1，2。最先进的控制方法是基于进程及其环境
3、的了解。然而，在许多控制应用程序中，动力学可能太复杂或者物理过程不很了解。然后，这一进程的定量知识不可用。在许多情况下，我们可能对过程有些了解，但不确定是否了解是准确或否3。对于传统的自适应控制方法，如果不可用，这一进程的定量知识在线或离线的标识符必学获得过程动态特性。出于这些原因，系统识别是困难的而且并不能保证其准确性。MFA 控制通过在系统中没有使用任何鉴定机制避免了根本问题。一旦启动 MFA 控制器时，它将立即接管控制。使用更新的加权因素的 MFA 算法基于唯一的目的，是尽量减少 SP 和 PV 之间的错误。意味着，当进程处于稳定状态，错误就在那的时候关闭为零，有的不是需要更新MFA的加
4、权因素 4，5 。 MFA控制器MFA控制器为通用控制器。许多MFA控制器已经发展到控制各种工业循环问题，例子包括SISO MFA取代PID控制和不需要手动调整，非线性MFA控制极端非线性过程，抗滞后MFA控制过程具有大时滞；MIMO MFA 控制多变量过程；饲料向前 MFA 对付大可测量的扰动 ；鲁棒性 MFA 强制要保持在范围内的进程变量定义边界。MFA控制器用户没有控制器的设计程序要求。可以简单的选择合适的控制器，如其名称所示、配置控制器与配置参数和启动的MFA控制器。这是无模型自适应控制器和其他模型的先进的控制器之间的主要区别之一。MFA控制系统使用新的 pseudo-gradient
5、 矢量和 pseudo-order 的概念，用一系列的动态线性变形的时变模式附近轨迹，并估计在线系统 pseudo-gradient 向量只能通过控制系统 I/O 数据，以实现非线性系统的 MFA 控制 6，7 替换一般的非线性系统。MFA控制器原理如图1所示图1 MFA控制原理图考虑如下形式的SISO离散时间非线性系统：其普遍模式是：其中(k) b，b 是一个常数，大于零，(k) 是功能参数。如果采样期间和 u(k) 值很小， (k) 可以看作是时变的参数，并可以忽略的关系(k) 和u(k)。通过模型参数估计和控制算法的研究，MFA 控制程序可得到，如下所示：在功能参数估计与 I/O 数据的
6、系统后，控制法可以应用到反馈控制系统中。我们可以得到一套新的观测数据。添加这组新数据到现有的数据，然后该功能可以估计参数的下一时刻。这样继续下去像这样 ；整个控制过程被实现。MFA 控制算法是实质上是识别和控制一体化的一种手段。它反映了新的管理理念，是控制对象模型正在改变伴有反馈控制，并不断更新的对象模型还提供了新的控制的条件8。 在玻璃熔窑中的应用玻璃熔窑是熔化玻璃石材和碎玻璃的设备；它使用大量的石油和天然气作为燃料。玻璃熔窑是玻璃工业的核心，其质量直接影响玻璃生产的质量和产量。玻璃熔窑的控制指标有四个稳定：炉温度、压力、玻璃液位和燃烧系统的流量。有许多因素会影响上述指标，进给的速度、燃油质
7、量、粘度、温度、数量生产、天气条件和其他因素等。这些指标是相互关联的。图 2 所示的关系之间的温度 Ti、 P 的压力，沉重的玻璃表面 L 油米、 流量 n、 饲料的 o、 烟囱挡板打开 k 等。 图2 玻璃熔窑的关系玻璃熔窑属于典型的工业窑炉。它是一个复杂和所有条件的过程。除上述四项指标中，温度的控制是最重要的控制参数之一。炉玻璃温度的影响因素有环境温度，料速度和金额、 熔池、 熔融玻璃液位、 燃油压力和流量变化的内部工作压力。玻璃窑炉的温度系统如图 3 所示。所有温度系统可以都分为以下四个领域。有一把枪喷重油燃烧在每个领域。主要温度调查点是 T1、 T2、 T3、 T4、 T1、 T2、
8、T3 用于控制熔化温度，T4 和 Tc (磨浆机温度) 和 Ty （玻璃温度），被用来磨浆机温度控制。玻璃化温度是 Tc 和其生产工艺决定的。因此，它是很难控制玻璃温度。图3 炉的总体结构原始控件程序使用传统的 PID 控制器。控制系统必须手动进行启动的状态下。当系统参数和外部扰动变化时，它很难维持自动控制状态下，而且系统通常是振荡的。为了解决上述问题，我们采用了MFA技术取代了传统的PID控制方法9。玻璃熔窑温度控制系统是非线性、长期延迟系统，该系统有数字控制参数。根据这些特点，在这篇文章中提出了一个新型的智能控制策略。该控制器采用分层控制结构，分为两层的系统控制结构。第一层是MFA控制器，
9、和第二层是常规的PID控制器。 T1，T2， T3的控制与PID控制器，TC是MFA控制器控制。结构的智能控制系统示于图4。图4 控制系统的结构MFA 控制器是单输入单输出 （SISO）结构。作为一个关键的组成部分，多层的感知神经网络由一个输入的图层，一个隐藏图层N 神经元与一个输出层的一个神经元组成。神经网络内有一组可以根据不同控制器行为所需更新加权因素。该算法更新加权因素是基于目标之间的误差最小化的设定值和过程变量。由于这方面努力是一样控制目标，适应的加权因素，能帮助控制器在过程动态特性发生变化时，最大限度地减少错误。此外，基于人工神经网络的MFA控制器记得一部分动态数据为动态过程提供有价
10、值的信息。近似模型的熔炉和精炼厂，这会影响玻璃的温度，必须首先得到。其次，根据温度系统的死区时间，我们可以估算的玻璃的温度。因此，可以得到实用的玻璃化温度和温度设定点之间的误差。它是MFA控制器的输入。然后，磨浆温度将调整与MFA控制器。最后的玻璃的温度将是靠近到TAIM 。相比较而言， PID控制器的数字版本，只记得是当前和以前的两个样本。在这方面， PID控制器已几乎没有任何记忆，MFA控制器拥有内存。 仿真研究我们可以使用MFA控制工具箱MATLAB软件实现MFA控制系统仿真，也可以在MATLAB开发环境中自我完整的模拟。MFA控制MALTAB工具箱是由博软公司发布的一个新的软件应用。它
11、包括 MATLAB 环境中使用嵌入式无模型自适应 （MFA） 控制器。MFA控制器的仿真结构图是由Simulink模块搭建完成的，其中MFA控制模块是在前面控制算法的基础上，通过编写MFA S-functions来实现的10。在本文中，MFA控制仿真模块的开发，在MATLAB7.0环境中。我们可以将Simulink和S-函数一起使用，也可以单独使用M语言。考虑到这种方法的可携性，嵌入在Simulink中的S-函数模块。也就是说，在Simulink模块提供基本的信号和的具体的计算过程S-函数完成。用仿真模块生成的MFA控制器的内部结构，如图5所示。图5 MFA控制器的仿真结构图在图 5 中，单位
12、延迟块是步滞后模块 ；饱和度是限流器模块 ；Rf 是参考输入的模块 ；范围是系统输出 （下一个示波器)。作为一个独立的控制器，MFA 控制器不需要依赖于被控对象的数学模型。MFA和PID控制器参数调整到最佳，其余参数不变的情况下，我们调整了目标特性参数测试两个控制系统的鲁棒性。仿真结果示于图6。图 6 仿真结果曲线在图6中比较曲线，我们可以发现，当对象的属性发生变化时，MFA控制系统仍能保持控制系统的稳定性与较好的控制性能，具有较强的鲁棒性。而 PID控制器的性能已经是一个严重的振荡。 结论仿真结果表明，该控制系统基于MFA技术不需要复杂的进程标识。只要合理选择控制器和简单的设置控制器参数，MFA控制器就可投入使用。这是与其他基于模型的控制器MFA控制器之间的主要区别，也是主要的技术优势和推广价值。