［摘 要］該文對無(wú)模型控制律的一般形式及其參數的工程含義進(jìn)行了介紹詳細說(shuō)明了無(wú)模型控制器的參數組態(tài)的設定問(wèn)題。根據在線(xiàn)智能露點(diǎn)檢測儀中控制過(guò)程的特點(diǎn)應用無(wú)模型控制器對其進(jìn)行控制對相應的參數組態(tài)和控制方法進(jìn)行了分析和討論。應用結果表明無(wú)模型控制器在檢測儀表中的應用具有較好的控制效果。
［關(guān)鍵詞］無(wú)模型控制律；露點(diǎn)；參數組態(tài)?
1引言?
現在以被控對象的數學(xué)模型為基礎的現代控制理論得到了很大的發(fā)展但是由于大量實(shí)際被控對象給不出合適的數學(xué)模型現代控制理論在許多場(chǎng)合遇到了困難�！白赃m應控制”、“模糊控制”、“預測控制”、“智能控制”、“專(zhuān)家系統”等方法的出現，
德圖PH計試圖解決對模型的依賴(lài)問(wèn)題。但實(shí)質(zhì)上仍沒(méi)有擺脫模型框架的束縛有時(shí)還要用到建模及系統辨識等手段。這些方法已用于一些動(dòng)態(tài)過(guò)程控制中。但由于控制算法復雜不能適應未知非線(xiàn)性不能抑制不確定強干擾所以其應用范圍仍受到很大限制。?
文獻［１］提出了多輸入單輸出非線(xiàn)性系統的不依賴(lài)于系統的數學(xué)模型的控制算法并稱(chēng)之為無(wú)模型控制律。經(jīng)過(guò)多年的研究無(wú)模型控制技術(shù)已達到了實(shí)用階段。根據這一理論設計制造出的無(wú)模型控制器在煉油、化工、輕工、焦炭、化肥、造紙及電力等行業(yè)應用收到了滿(mǎn)意的效果。?
根據實(shí)際需要作為無(wú)模型控制器應用的一個(gè)新領(lǐng)域在我們研制的在線(xiàn)智能露點(diǎn)檢測儀中應用無(wú)模型控制律作為儀表內相應參數的控制方法取得了控制穩定、檢測精度高、反應快速等良好的使用效果。
本文在工程實(shí)踐的基礎上對無(wú)模型控制律一般形式的各參數的工程意義及參數組態(tài)進(jìn)行介紹和分析并針對其在儀表檢測中的使用進(jìn)行說(shuō)明和探討。?
2無(wú)模型控制律的一般形式及各參數的工程意義
“無(wú)模型控制器”是“無(wú)需建立模型的自適應控制器”的簡(jiǎn)稱(chēng)它的控制算法由基本無(wú)模型控制算法和功能組合算法兩部分組成。無(wú)模型控制律的一般形式：?
到。G(…)是適當的函數表示控制律的功能組合部分。而??
Ab,C,d,αβσ是無(wú)模型控制律的組態(tài)參數無(wú)模型控制律的算法的功能組合部分由一系列功能算法經(jīng)適當的結合而組成。這些參數的工程含義如下：?
λk是偏差y0－y(k)的放大、縮小倍數即偏差的增益。?
gk在系統平穩時(shí)即測量值y(k)變化很小gk＝0；當y(k)變化加快時(shí)gk是一個(gè)正變數隨y(k)變化的絕對值增大而增大。由于gk的存在使無(wú)模型控制器具有克服大干擾的能力。?
A是反向調節強度起預先反向調節作用可克服超調使系統盡快的達到穩定狀態(tài)。?
b是克服靜差作用權數其克服靜差作用的強度與此參數成正比。?
C是穩定作用與快速轉向權數此參數取值適當可使系統平穩運行。
參數αdσ都是為了避免相應算式的分母為0所以它們都是適當小正數。?
αβ的存在主要是保證控制器自身的穩定性。?
為了解決調節過(guò)程的快速性和穩定性的矛盾在無(wú)模型控制器的算法中還設有智能區間。智能區間是以設定值y0為中心一個(gè)適當的正數h為半徑的區間［y0－h(huán),y0＋h］。智能區間h是無(wú)模型控制器的另一個(gè)重要參數。一般地說(shuō)，在智能區間外無(wú)模型控制律將快速地克服靜差；在智能區間內無(wú)模型控制律將進(jìn)行穩定調節。?
3無(wú)模型控制器的參數組態(tài)?
依據無(wú)模型控制律設計制造的F00—1系列無(wú)模型控制器在煉油、化工、造紙等行業(yè)的應用取得了良好的效果。實(shí)踐證明無(wú)模型控制器的控制功能遠優(yōu)于大量應用的PID調節器。無(wú)模型控制器具有參數自整定功能但這種整定功能在一定范圍內進(jìn)行所以給定一組良好的參數初值還是十分必要的。我們僅就單回路情形說(shuō)明參數組態(tài)的一般方法；對于串級環(huán)節參數組態(tài)則稍復雜一些。?
λk：是控制律的增益也是它的靈敏度其初值一般取成1。?
h：它的取值范圍是0～100%。例如當y0＝60%而h=5%時(shí)智能區間為(55%65%)。h的取值依據系統的時(shí)滯和超調量而定一般的說(shuō)超調量大h的值相應的就得大些。一般取3%～5%。?
A：初始值取為1觀(guān)察系統的動(dòng)態(tài)變化如果測量值總是處于給定值的上方或下方這說(shuō)明A的值大了應減��；如果產(chǎn)生振蕩則說(shuō)明A的值小了應適當加大直到消除振蕩為止。?
b：先取一個(gè)適當的初值如果產(chǎn)生振蕩并且測量值在設定值上下不斷的擺動(dòng)這說(shuō)明b值給大了應當減小。如果u(k)的值變化緩慢使得不能夠及時(shí)的對測量值進(jìn)行跟蹤調節，說(shuō)明b值小了應增大。?
C：一般取一個(gè)適當值(不應過(guò)大)后幾乎不需改變。?
其余參數都可以取成小正數。例如：a=0.001b=0.001。?
在單回路調節的情形參數組態(tài)完成以后一般的無(wú)需改變。如果十分必要也僅需改動(dòng)λk和A。?
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露點(diǎn)儀的原理及控制方法?
氣體濕度測量和控制在化工生產(chǎn)、空氣調節及醫藥食品等方面都有非常重要的作用。而作為低溫氣體用的測濕儀器——露點(diǎn)檢測儀其精度直接關(guān)系到測濕效果。我們研制的智能在線(xiàn)露點(diǎn)檢測儀［３］采用Am２４１α同位素、熱電式制冷器和半導體勢壘探測器由于采用無(wú)模型控制律方法作為控制露層的手段使檢測儀的響應速度和控制精度有了明顯的提高并在實(shí)際應用中取得了比較滿(mǎn)意的效果。??
α源放置在半導體制冷器冷端表面α源是在銀基片上噴涂一層Am２４１而形成的表面平整光潔。α源相對處安裝有半導體探測器以接收α粒子并產(chǎn)生相應的電信號供輸出檢測。制冷器通以電流使制冷端制冷電流越大制冷越深使α源表面溫度越低。當α源表面溫度達到氣體露點(diǎn)溫度時(shí)在其表面形成一薄露層吸收部分α粒子使得達到探測器表面上的α粒子數目及能量降低。探測器探測到此能量的降低并以某一降低值做為目標狀態(tài)值控制制冷器制冷電流的大小進(jìn)而控制α源表面溫度使露層厚度始終處于某一定值達到平衡狀態(tài)此時(shí)α源表面溫度就是氣體露點(diǎn)溫度原理框圖示于圖4—2。?
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當對露層厚度進(jìn)行控制時(shí)如果超調過(guò)大即在α源表面結露過(guò)厚則需要較長(cháng)時(shí)間才能揮發(fā)到正常厚度此時(shí)被控對象為一大時(shí)滯系統使達到穩定并顯示出露點(diǎn)值的時(shí)間延長(cháng)不利于在線(xiàn)檢測。而且多次超調易在α源表面遺留下水痕影響其表面清潔及α粒子的正常溢出。在進(jìn)行自動(dòng)閉環(huán)測量控制過(guò)程中當檢測接受α粒子能量的狀態(tài)值小于起始值30%時(shí)需自動(dòng)返回自校以克服α源污染等原因造成的狀態(tài)信號不正常情況。
針對以上特點(diǎn)無(wú)模型控制器的參數組態(tài)就應有所變化。A：根據情況比一般值稍大取為1.4；λk：取為1.8；b則不應過(guò)大設成0.1。將制冷電流的控制輸出限制在較小范圍內如10%～60%以防止制冷過(guò)深或升溫過(guò)快。智能區間半徑h設為較小的值如2%以便更精確穩定地調節露點(diǎn)厚度。?
在智能區間內的上半區即由高溫接近露點(diǎn)溫度時(shí)越逼近露點(diǎn)溫度也就是露層厚度越接近預定值h?k就越��；在智能區間內的下半區由低溫接近露點(diǎn)溫度時(shí)即過(guò)厚露層揮發(fā)時(shí)gk應更小因揮發(fā)時(shí)間要長(cháng)于結露時(shí)間。這些均由程序自動(dòng)判定和執行。
因探測器為金硅勢壘探測器具有負的溫度系數即溫度升高反向漏電流增大計數值減小。探測器本身的溫差小時(shí)(10℃以?xún)?在軟件上對測量值進(jìn)行補償；溫差大時(shí)則需要重新校準目標值。為克服α源表面污染及溫度影響每24小時(shí)重復一次α源溫度及狀態(tài)恢復過(guò)程進(jìn)行狀態(tài)初始化。?
5結論?
經(jīng)過(guò)現場(chǎng)測試露點(diǎn)儀精度為±0.5℃符合設計要求在線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示了待測氣體的露點(diǎn)儀器運行狀態(tài)良好。?
通過(guò)在自動(dòng)檢測儀表中的應用進(jìn)一步說(shuō)明了無(wú)模型控制律的優(yōu)越性和有效性。我們還將繼續拓寬無(wú)模型控制器的應用范圍完善控制算法使之更好地在控制領(lǐng)域發(fā)揮作用。?
