基于自適應(yīng)Smith預(yù)估器的蒸氨槽溫度控制

　　1引言

　　蒸氨生產(chǎn)屬于鈦黃生產(chǎn)廢液處理同時(shí)也是副產(chǎn)品鐵紅生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)蒸氨系統(tǒng)控制的好壞直接影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行，蒸氨槽槽內(nèi)溫度的控制又是該工藝的關(guān)鍵。然而蒸氨系統(tǒng)具有很強(qiáng)的非線性、大時(shí)滯和不確定性等特點(diǎn)，難以用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，一般的控制方法很難達(dá)到理想控制效果[1]。

　　本文結(jié)合重慶魯潤(rùn)鈦黃粉有限公司的實(shí)際，介紹了一種基于Smith預(yù)估器的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將Smith預(yù)估器和自適應(yīng)控制技術(shù)結(jié)合，采用閉環(huán)控制方式調(diào)節(jié)入槽蒸汽流量的大小來實(shí)現(xiàn)對(duì)槽內(nèi)溫度的自動(dòng)控制，達(dá)到了較好效果。

　　2蒸氨槽溫度控制算法研究

　　2.1系統(tǒng)建模

　　針對(duì)蒸氨分離過程，通過熱力學(xué)原理進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算及簡(jiǎn)化，蒸氨槽溫度控制對(duì)象的傳遞函數(shù)可以近似表示為含滯后的一階慣性環(huán)節(jié)[2]：

　　2.2自適應(yīng)Smith預(yù)估控制算法

　　考慮到蒸氨槽溫度控制系統(tǒng)是一個(gè)大時(shí)滯系統(tǒng)，而Smith預(yù)估器自提出以來就被認(rèn)為是理論上解決時(shí)滯系統(tǒng)很有效的方法。但常規(guī)的Smith預(yù)估控制只有在預(yù)估模型與蒸氨槽溫度控制系統(tǒng)完全一致的情況下才能完全消除時(shí)滯的影響[3]。但是蒸氨槽中的環(huán)境很復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)很多不定因素，因此模型與實(shí)際系統(tǒng)肯定會(huì)存在誤差，除此以外，如果控制過程中存在擾動(dòng)，那么系統(tǒng)的參數(shù)將會(huì)發(fā)生變化，同樣會(huì)導(dǎo)致預(yù)估模型和系統(tǒng)的不一致。鑒于此，考慮將模型參考自適應(yīng)和Smith預(yù)估控制結(jié)合起來，通過參考模型與被控對(duì)象的輸出廣義誤差來在線辨識(shí)被控對(duì)象，通過調(diào)節(jié)參考模型，使參考模型的動(dòng)態(tài)性能與被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能盡可能一致，這里的參考模型就是要采用的Smith預(yù)估控制器，然后通過自適應(yīng)機(jī)構(gòu)來調(diào)整Smith預(yù)估控制器，這樣就可以得到較好的控制效果。

　　自適應(yīng)Smith控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　圖1自適應(yīng)Smith控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　根據(jù)本文所討論的實(shí)際系統(tǒng)可知(2)式的誤差在控制系統(tǒng)的誤差允許范圍之內(nèi)。這樣就將時(shí)滯對(duì)象從非線性系統(tǒng)變成了近似線性系統(tǒng)。傳遞函數(shù)為：

　　本文所討論的模型是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)加純時(shí)滯環(huán)節(jié)，前面已將時(shí)滯環(huán)節(jié)近似線性化，因此本文討論的模型近似成二階系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型為

　　3算法仿真

　　為了驗(yàn)證自適應(yīng)Smith控制算法的效果，本文與常規(guī)Smith控制算法進(jìn)行

　　圖3 模型匹配時(shí)的仿真比較

　　從圖3中可以看出，自適應(yīng)Smith控制器，與常規(guī)Smith預(yù)估控制器相比，系統(tǒng)超調(diào)量更小，但是由于自適應(yīng)Smith控制器的計(jì)算量要大于常規(guī)Smith預(yù)估控制，響應(yīng)速度會(huì)相應(yīng)降低。然后保持控制器參數(shù)不變，讓對(duì)象模型靜態(tài)增益K增大一倍，變?yōu)?.4時(shí)，常規(guī)Smith控制器和自適應(yīng)Smith控制器的響應(yīng)曲線如圖4所示。

　　圖4 模型失配時(shí)的仿真比較

　　從圖4中可以看出，常規(guī)Smith控制器，出現(xiàn)嚴(yán)重震蕩，并且峰值過大;而自適應(yīng)Smith控制器雖然也出現(xiàn)一定超調(diào)，但控制性能依然能夠很好的滿足控制需求。

　　4結(jié)論

　　對(duì)于蒸氨槽溫度的控制，常規(guī)Smith預(yù)估控制算法在模型匹配時(shí)具有良好的控制性能。但在模型失配的情況下，自適應(yīng)Smith控制算法比常規(guī)算法更能滿足控制需求，具有更好的穩(wěn)定性和魯棒性。