高能耗行业中不确定性系统的控制问题.pdfVIP

高能耗行业中不确定性系统的控制问题 扬 志 邓仁明 谢昭莉 草仁超桶相东 (重痰太学自动化学院1庆‘Ooo“， ■■搪盘、化工、t材辱行生中．太量使用工业秉、风机和工业窑妒·它t】彝是★耗蕾设鲁·由其蛆成的 控■l坑．其控■嚣拄■的对●事■不■定性蔓杂对^．遮妻熏t的拄■不断一抗着膏■耗士生的节誓捧耗· 使蕾■t奉太■宦上升．以曩使产晶失击竞力．车支埔音怍者近几年来的耋疆工器熹^对选奏不●室性复杂 量蠹的对量特性、控■簟‘与控一算溘年周■柞丁对比研究．并将爵究埔景用于宴斥工藿疆目．实际运行鼓采 裹搠：苗^鲁蕾拄■墨枉有敢的控■手段． 姜●一不■室牲秉筑复杂对●控一策■控制算瘟 1引言 在冶金、化工、建材等高耗髓行业中，大量使甩工业泵(如各种水泵、油系、泥浆泵、气泵 等)、风机(如现场除尘风机，引风机等)及工业窑炉(如锅炉、窑炉、转炉等)，这些对象日均能 源吞吐量极大，它们一方面吞进大量的电能和不可再生的矿均等蕾源，使有限的资源不断减 少，另一方面，在从一次能源向二次能源转换的过程中又大量排放废弃物，污染日盏恶化的 环境，威胁着人类的生存与发展，因此必须加以控铡．以冶盒企业为倒，能源费用占产品成本 的近l／3．能源不加控制的大量消耗，在某种意义上说意睬着灾难性的毁灭．本文结合作者 近年来从事节髓工程项目的体会，讨论有关控制问题，包括对象特性分析、控翻策略对比、控 制算法研究及工程实例等． 1)以钢铁企业为倒，从烧结、炼铁、炼钢，直至成品轧制整个过程的每个环节，涉及到诸 多控翻问题，这类对象归纳起来表现出如下一些特性： ●系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性} ●系统时滞的未知性和时变性； ●系统严重的非线性； ●系统各变量问的关联性； ●环境干扰的未知性、多样性和随机性。 2)面对上述特性，因其属于不确定性的复杂对象(或过程)的控制问题．传统控制是无 能为力的．主要表现在“]： ●不确定性问题 传统控制(如PID)是基于数学模型的控制，即认为控翩对象及干扰的模型是已知的或 者是通过辨识可以得到的．但复杂系统中的很多控制问题具有不确定性．甚至常常会发生 突变．对于“未知”、不确定、或者知之甚少的控制问晤，用传统方怯难以建模，因而也无法实 现有效的控制。 ●高度革线性 传统控制理论中，对于具有高度非线性的控制对象，虽然也有一些非线性方法可资利 用，但从总体上看，非线性理论远不如线性理论成熟，因方法过分复杂而难以应用．在复杂系 一]05— 统中有大量的非线性问题存在． ●半结构化与非结构化问题 传统控制理论主要采用徽分方程、状态方程以及各种数学变换作为研究工具，其本质是 一种敦值计算方法，属定量控制范畴，要求控制同题的结构化程度高，易于用定量数学方法 进行描述或建模．而复杂系统中最关注的和需要支持的，有时恰恰是半结构化与非结构化问 厢． ●系统复杂性问题 按系统工程的观点，广义的对象应包括通常意义下的操作对象和所处的环境．而复杂系 统中各子系统问关系错综复杂，各要素的高度藕合，互相制约，外部环境又楹其复杂，有时甚 至变化萁潮．持统控翻缺乏有效的鼻头方法． ●可靠性问嚣 常规的基于数学模受的控制问题倾向于是一个相互依鞍的整体t尽臂基于这种方法的 系统经常存在鲁棒性与灵敏度之同的矛盾，但对简单系统的控制的可靠性阃题并不突出．而 对复杂系统，如果采用上连方法，则可能由于条件的改变使整个控翻系统崩溃．因此，用传统 的方法不能对这类系统进行有效舶控制．必须探索更有效的理论与方法． 2控钳策略选取 20世纪50年代发展起来的现代控制理论，无论是状态空间法，还是基于I／0描述的黑 箱法，精确的数学描述是它分析与设计系统的基础．在状态空间模型巳知的情况下，只要目 标函数给定(一般均用二次型函敷)，系统在能控能观的条件下，用贝尔曼的动态规划法等可 以求出最佳控崩规律．对线性的随机系统可以用分离原理分别求解，其最佳控制规律是二者 的迭加．上述控镧方法是以数学模型