基于廣義預(yù)測的蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)研究

作者：時(shí)間：2013-05-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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2.4管道模型

忽略氣體傳輸過程中管道損耗，由于輸送管道很長，加上原料氨水反應(yīng)及氨氣蒸出過程的影響，管道內(nèi)的氣體傳輸過程必然造成嚴(yán)重的純滯后。為便于分析，管道模型可以用

簡化，作為整個(gè)廣義對象傳遞時(shí)延的獨(dú)立環(huán)節(jié)，主要包括測量滯后、反應(yīng)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(tǒng)模型

由前面各個(gè)單元建立模型，推導(dǎo)蒸氨槽氨壓系統(tǒng)模型：

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/EAB82E827EAA5E81.jpg

其中，

為蒸氨槽氨氣壓力，

為供料泵調(diào)節(jié)的氣體質(zhì)量流量，

為通過調(diào)節(jié)閥門的氣體質(zhì)量流量，

為閥門的開度。

令

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/694C6DEDFDDD1030.jpg

由上述公式推導(dǎo)得到蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為：

引入系統(tǒng)管道模型即延時(shí)環(huán)節(jié)得到：

http://fs10.chuandong.com/upload/images/20121024/9410A8079F3679DB.jpg

由上式可知蒸氨槽氨壓主要由供料泵的轉(zhuǎn)速控制，出口調(diào)節(jié)閥閥門開度及出口端壓力在一定范圍條件下不變，得到轉(zhuǎn)速對蒸氨槽氨壓的傳遞函數(shù)為形如一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)：

為比例放大系數(shù)，

為慣性時(shí)間常數(shù)，

表示純滯后時(shí)間。這三個(gè)參數(shù)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(shù)T：被控對象在缺乏控制器調(diào)節(jié)的情況下，從接受外界輸入時(shí)間開始，系統(tǒng)輸出自行到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。它表征了被控對象動(dòng)態(tài)響應(yīng)的特性，如果時(shí)間常數(shù)

增大，則相應(yīng)系統(tǒng)輸出響應(yīng)后，恢復(fù)到新穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間也會增大。

滯后時(shí)間

：實(shí)際系統(tǒng)控制過程中，當(dāng)輸入到被控對象的輸入變量發(fā)生改變后，系統(tǒng)輸出需要經(jīng)過一定時(shí)間才會響應(yīng)，使輸出變化，這稱為時(shí)延滯后。時(shí)滯特性存在于鐵紅蒸氨生產(chǎn)以及許多復(fù)雜工業(yè)過程控制中，其時(shí)間常數(shù)

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(shù)

：這里的廣義對象是指控制系統(tǒng)中不包括控制器的部分，具體有氨壓控制對象，執(zhí)行結(jié)構(gòu)以及壓力變送器等。比例放大系數(shù)

屬于靜態(tài)增益參數(shù)，與時(shí)間變化無關(guān)。靜態(tài)增益

的含義為系統(tǒng)輸出重新穩(wěn)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(tǒng)輸出表變化越大，系統(tǒng)輸出影響對輸入變化較為敏感，而系統(tǒng)被控對象的穩(wěn)定性較差。相反若

值越小，則被控對象的穩(wěn)定性較好。

3蒸氨槽氨壓廣義預(yù)測控制

由前面對蒸氨槽氨壓控制過程特性的分析，被控對象為一階慣性加純滯后環(huán)節(jié)，由于蒸氨過程中外界環(huán)境干擾參數(shù)變化導(dǎo)致模型失配，常規(guī)控制算法顯然對蒸氨過程控制效果不佳。

針對鐵紅蒸氨過程控制中被控對象具有時(shí)滯性，并且依賴控制過程的精確數(shù)學(xué)模型特點(diǎn)，選擇對于模型依賴程度較低、具有自適應(yīng)能力以及魯棒性較強(qiáng)的預(yù)測控制算法GPC。在鐵紅蒸氨槽氨壓控制系統(tǒng)中，利用廣義預(yù)測控制的多步預(yù)測及控制時(shí)域補(bǔ)償時(shí)滯，判斷未來的控制作用趨勢，通過滾動(dòng)優(yōu)化作用求取當(dāng)前最佳的控制作用即。同時(shí)由于具有模型在線辨識與反饋校正功能，對于參數(shù)變化及環(huán)境干擾模型失配等具有較強(qiáng)的自適應(yīng)能力，因此鐵紅蒸氨槽氨壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活方便，具有良好的控制性能和魯棒性^[3]。