玻璃熔窑无模型自适应控制系统的设计.doc

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；无模型自适应控制（MFAC）；玻璃熔窑；温度；PID控制 Ⅰ 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，错误在的时候关闭为零，有的不是需要更新加权因素 [4，5] 。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 MFA 强制要保持在范围内的进程变量定义边界。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 矢量和 pseudo-order 的概念，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φ(k) ≤ b，b 是一个常数，大于零，φ(k) 是功能参数如果采样期间和 (k) 值很小，φ (k) 可以看作是时变的参数，并可以忽略的关系φ(k) (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]。有许多因素会影响上述指标，进给的速度、燃油质量、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。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、 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，它很难自动控制状态下系统是振荡。[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。