基于廣義預測的蒸氨槽氨壓控制系統研究
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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(cháng)，加上原料氨水反應及氨氣蒸出過(guò)程的影響，管道內的氣體傳輸過(guò)程必然造成嚴重的純滯后。為便于分析，管道模型可以用
簡(jiǎn)化，作為整個(gè)廣義對象傳遞時(shí)延的獨立環(huán)節，主要包括測量滯后、反應滯后、傳輸滯后等，
為純滯后時(shí)間，并且各單元模型 不同。2.5蒸氨槽氨壓系統模型
由前面各個(gè)單元建立模型，推導蒸氨槽氨壓系統模型：
其中，
為蒸氨槽氨氣壓力，
為供料泵調節的氣體質(zhì)量流量，
為通過(guò)調節閥門(mén)的氣體質(zhì)量流量，
為閥門(mén)的開(kāi)度。令
由上述公式推導得到蒸氨槽氨壓控制系統數學(xué)模型為：
引入系統管道模型即延時(shí)環(huán)節得到：
由上式可知蒸氨槽氨壓主要由供料泵的轉速控制，出口調節閥閥門(mén)開(kāi)度及出口端壓力在一定范圍條件下不變，得到轉速對蒸氨槽氨壓的傳遞函數為形如一階慣性加純滯后環(huán)節：
為比例放大系數，
為慣性時(shí)間常數，
表示純滯后時(shí)間。這三個(gè)參數共同描述了被控對象的控制特性。其具體意義如下：慣性時(shí)間常數T：被控對象在缺乏控制器調節的情況下，從接受外界輸入時(shí)間開(kāi)始，系統輸出自行到達新的穩態(tài)值所需要的時(shí)間。它表征了被控對象動(dòng)態(tài)響應的特性，如果時(shí)間常數
增大，則相應系統輸出響應后，恢復到新穩態(tài)值的時(shí)間也會(huì )增大。滯后時(shí)間
：實(shí)際系統控制過(guò)程中，當輸入到被控對象的輸入變量發(fā)生改變后，系統輸出需要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間才會(huì )響應，使輸出變化，這稱(chēng)為時(shí)延滯后。時(shí)滯特性存在于鐵紅蒸氨生產(chǎn)以及許多復雜工業(yè)過(guò)程控制中，其時(shí)間常數決定了被控對象滯后時(shí)間的快慢。廣義對象比例放大系數
：這里的廣義對象是指控制系統中不包括控制器的部分，具體有氨壓控制對象，執行結構以及壓力變送器等。比例放大系數屬于靜態(tài)增益參數，與時(shí)間變化無(wú)關(guān)。靜態(tài)增益的含義為系統輸出重新穩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，則系統輸出表變化越大，系統輸出影響對輸入變化較為敏感，而系統被控對象的穩定性較差。相反若值越小，則被控對象的穩定性較好。3蒸氨槽氨壓廣義預測控制
由前面對蒸氨槽氨壓控制過(guò)程特性的分析，被控對象為一階慣性加純滯后環(huán)節，由于蒸氨過(guò)程中外界環(huán)境干擾參數變化導致模型失配，常規控制算法顯然對蒸氨過(guò)程控制效果不佳。
針對鐵紅蒸氨過(guò)程控制中被控對象具有時(shí)滯性，并且依賴(lài)控制過(guò)程的精確數學(xué)模型特點(diǎn)，選擇對于模型依賴(lài)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中，利用廣義預測控制的多步預測及控制時(shí)域補償時(shí)滯，判斷未來(lái)的控制作用趨勢，通過(guò)滾動(dòng)優(yōu)化作用求取當前最佳的控制作用即。同時(shí)由于具有模型在線(xiàn)辨識與反饋校正功能，對于參數變化及環(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設計靈活方便，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結構圖
3.1預測模型
假設被控對象基于階躍響應的預測模型向量為
，N為建模時(shí)域。當k時(shí)刻控制有M個(gè)控制增量
時(shí)，可算出其未來(lái)時(shí)刻的輸出值：
3.2滾動(dòng)優(yōu)化
式(21)可寫(xiě)成向量形式：
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)化性能指標的向量形式可取為：
將式(3)代入式(4)，并通過(guò)極值必要條件dJ(k)/dΔuM=0可求得
，以構成實(shí)際控制
作用于對象。下一時(shí)刻，它又提出類(lèi)似的優(yōu)化問(wèn)題求出
，即“滾動(dòng)優(yōu)化”策略。3.3反饋校正
當k時(shí)刻把控制量u(k)施加于對象時(shí)，利用預測模型(2)可算出未來(lái)時(shí)刻的輸出預測值
。但由于實(shí)際模型失配及環(huán)境干擾等影響，預測值可能偏離實(shí)際值[4]。輸出誤差 
采用對e(k+1)加權的方式來(lái)修正對未來(lái)輸出的預測：
式中：
為權系數組成的N維向量[4]，
為校正后的輸出預測向量。經(jīng)過(guò)移位后即可作為k+1時(shí)刻的初始預測值，用向量形式表示即為：
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159353.htm
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