多模型自適應(yīng)控制在空分系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】多模型自適應(yīng)控制（MMAC）是解決非線性、變工況參數(shù)、不確定性等復(fù)雜問題的一種有效方法。作為非線性、變工況參數(shù)、動(dòng)態(tài)變化復(fù)雜的空分系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，運(yùn)用多模型自適應(yīng)控制能夠很好的解決這些問題。

【關(guān)鍵詞】空分系統(tǒng)；多模型自適應(yīng)控制；優(yōu)化控制

1.多模型自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)往往基于一個(gè)參數(shù)固定或者慢時(shí)變的系統(tǒng)模型。對(duì)于復(fù)雜的被控系統(tǒng)，利用常規(guī)的自適應(yīng)控制方法進(jìn)行控制往往效果不好，在這種背景下，人們提出了利用多模型來(lái)逼近系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，這種控制器對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)能達(dá)到較好的控制精度、速度以及穩(wěn)定性。

多模型自適應(yīng)控制主要由三部分組成：

（1）根據(jù)被控對(duì)象模型參數(shù)、結(jié)構(gòu)的不確定性對(duì)被控對(duì)象建立多個(gè)模型，構(gòu)成多模型集合。

（2）根據(jù)模型集中的不同模型建立多個(gè)控制器，構(gòu)成控制器集合。控制器的構(gòu)成很靈活，它可以是PID控制器，自適應(yīng)控制器，預(yù)測(cè)控制器等。

（3）給定切換原則，以選擇能夠描述當(dāng)前被控對(duì)象的最佳模型，并將基于最佳模型而設(shè)計(jì)的控制器切換為當(dāng)前控制器。

2.多模型自適應(yīng)控制運(yùn)用到空分系統(tǒng)中的切入點(diǎn)

由上述分析，需要從如下三個(gè)方向的內(nèi)容研究多模型自適應(yīng)控制，以應(yīng)用到空分系統(tǒng)中：

（1）模型集的建立問題。如何用有限個(gè)已知的動(dòng)態(tài)辨識(shí)模型的組合來(lái)表示空分系統(tǒng)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性，即如何建立空分系統(tǒng)被控對(duì)象的多模型表示，這是MMAC算法中的重要理論問題。

（2）控制器的設(shè)計(jì)問題。選擇什么樣的控制器，來(lái)滿足空分系統(tǒng)生產(chǎn)過程的控制要求。

2.1 空分系統(tǒng)模型集的建立方法

多模型自適應(yīng)控制MMAC是以多個(gè)模型來(lái)逼近系統(tǒng)的不確定性在多個(gè)模型的基礎(chǔ)上建立控制器，因此模型集的建立，模型元素的個(gè)數(shù)直接影響控制的精度和性能。

為了獲得性能較好的多模型控制算法，現(xiàn)人們采用具有動(dòng)態(tài)調(diào)整能力的模型集來(lái)解決這一問題。現(xiàn)在較合理的方法是——?jiǎng)討B(tài)優(yōu)化模型集。即利用自適應(yīng)模型或自適應(yīng)模型和固定模型共同組成模型集。由于自適應(yīng)模型的存在，模型集每個(gè)時(shí)刻都在朝“真實(shí)”模型接近，固定模型保證了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，而自適應(yīng)模型保證了控制精度。為保證多模型自適應(yīng)很好的應(yīng)用到空分系統(tǒng)中，在建模方面就要使各控制部分不僅僅要有自適應(yīng)控制模型，同時(shí)還要保證固有模型的數(shù)量與準(zhǔn)確性，即實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型集的建立標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 控制器的設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)的性質(zhì)和對(duì)控制系統(tǒng)的要求，自校正控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)可以有各種不同的形式。

其中極點(diǎn)配置自校正控制性能的指標(biāo)不是用目標(biāo)函數(shù)的形式來(lái)表示，而是把預(yù)期的閉環(huán)系統(tǒng)的行為用一組期望傳遞函數(shù)的零極點(diǎn)的位置加以規(guī)定。它的控制策略就是保證實(shí)際的閉環(huán)系統(tǒng)的零極點(diǎn)收斂于這一組期望的零極點(diǎn)。針對(duì)動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型集，采用極點(diǎn)配置自校正控制器設(shè)計(jì)可以得到理想的效果，其基本結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3.結(jié)論

本文通過研究多模型自適應(yīng)控制技術(shù)來(lái)分析空分系統(tǒng)的整體能耗優(yōu)化過程?？辗窒到y(tǒng)的在整體運(yùn)行過程存在幾點(diǎn)問題：

（1）操作環(huán)境改變對(duì)系統(tǒng)的影響。

（2）關(guān)鍵環(huán)節(jié)的重要性。

多模型自適應(yīng)控制的運(yùn)用可以很好的解決（1）、（2）中的問題，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化及波動(dòng)時(shí)，通過適合的控制器，根據(jù)相應(yīng)切換算法切換到可以滿足生產(chǎn)變化的模型，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全生產(chǎn)的效果，最大限度的優(yōu)化了系統(tǒng)運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：

孟相陽(yáng)（1983—），男，遼寧莊河人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)供職于遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，從事汽車研發(fā)及工業(yè)生產(chǎn)過程控制。

冷偉（1983—），男，遼寧丹東人，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，現(xiàn)供職于遼寧曙光汽車集團(tuán)股份有限公司，從事汽車研發(fā)及工業(yè)生產(chǎn)過程控制。