生產(chǎn)實(shí)習(xí)材料文獻(xiàn)綜述

1、北京化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述）PAGE PAGE 6文獻(xiàn)綜述模型控制的理論、仿真、與工業(yè)實(shí)踐班級(jí)：信實(shí)0901 學(xué)號(hào)：200941074 姓名：余濤 指導(dǎo)老師：王建林（教授） 摘要：近代工業(yè)中，有近90%的控制采用PID控制算法。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且不需要模型，對(duì)于簡(jiǎn)單的對(duì)象都有很好的控制效果，且在魯棒性，客服滯后等環(huán)節(jié)都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。但是在實(shí)際的系統(tǒng)中的對(duì)象往往十分復(fù)雜，采用PID控制不能起到很好的控制效果，有些情況即不能控制。由于現(xiàn)代控制理論都是建立在精確模型的基礎(chǔ)之上的，對(duì)于無法準(zhǔn)確建模的系統(tǒng)而言，就顯得力不從心。所以，無模型（MFC）控制理論的發(fā)展，很好的解決了該類問題。關(guān)鍵詞：PID；

2、無模型控制；結(jié)構(gòu)自適應(yīng)Abstract：In modern industry, nearly 90% of the control using PID control algorithm, for its structure is simple and does not require the model , simple object has good control effect and good robustness, customer service lag other sectors have performance.But in the actual system objects

3、are often very complex, PID control can not play a very good control, and in some cases that can not control.Modern control theory are built on the basis of the exact model, the system can not be accurately modeled, and appeared to be inadequate.Therefore, the model (MFC) to control the development

4、of the theory, good to solve this kind of problem.Key words: PID, MFC, Structure adaptive引言隨著DCS的發(fā)展以及最近幾年FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)）的興起，老式的盤裝控制器也已經(jīng)被取代。使用這些先進(jìn)的控制系統(tǒng)，無非是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置進(jìn)行穩(wěn)定和優(yōu)化控制，從而取得更高的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際過程中，生產(chǎn)裝置往往是復(fù)雜的非線性對(duì)象，且結(jié)構(gòu)也可能隨著設(shè)備的運(yùn)行發(fā)生改變。但是現(xiàn)在廣泛采用的DCS、FCS控制的基本環(huán)節(jié)單元均是運(yùn)用經(jīng)典的PID控制，應(yīng)用都某些復(fù)雜的控制環(huán)節(jié)往往很難起到效果。無模型控制方法是以非線性途徑設(shè)計(jì)出來的

5、控制器。對(duì)于具有非線性的控制對(duì)象，往往能夠起到很好的控制效果。同時(shí)無模型控制系統(tǒng)往往還兼有傳統(tǒng)PID控制的諸多優(yōu)點(diǎn)，它是由一系列的算法模塊組成的智能化控制算法。但是又不同于一般的智能控制算法，它實(shí)現(xiàn)了智能推理算法。1 無模型控制理論的研究及進(jìn)展 從理論上講，韓志剛教授1于1994年正式提出該理論。最初的研究工作主要集中對(duì)無模型控制規(guī)律的基本形式2的研究。這個(gè)階段的研究證明無模型自適應(yīng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并提供了合理有效的定理及研究泛模型的特征參數(shù)的估計(jì)方法。與此同時(shí)，侯忠生于1993年至1994年在他的博士論文3中提出了無模型控制理論與應(yīng)用。論文中4提出了基于MFAC的功能相結(jié)合方式，所謂的功能

6、組合，不是基于對(duì)象數(shù)學(xué)模型的控制規(guī)律，而是著眼于系統(tǒng)的組合優(yōu)化和功能提升。喬治城5提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的MFA控制技術(shù)，由于他們對(duì)研究結(jié)果的分析建立在詳細(xì)的理論概念和方法來上，所以為后續(xù)的開發(fā)和應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。該理論的方法和技術(shù)包括侯忠生教授在博士論文中提到的方法，MFA控制6在構(gòu)建過程中，引入了一個(gè)新的偽梯度向量和偽順序，并采用了一系列的動(dòng)態(tài)線性時(shí)變模型（嚴(yán)格的形式，部分形式，寬幅線性形型）附近的控制系統(tǒng)，以取代離散時(shí)間非線性系統(tǒng)。這種模型在估計(jì)偽梯度向量的過程中使用了輸入輸出數(shù)據(jù)。喬治城提出的另一個(gè)想法是通過引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)控制，這種方法已經(jīng)在上文中說明和描述7，該算法可以應(yīng)用

7、到任何單輸入或多輸入的開環(huán)系統(tǒng)，這個(gè)開環(huán)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定可控的和連續(xù)或連續(xù)反應(yīng)體系中不含復(fù)雜的手動(dòng)調(diào)整內(nèi)容的過程或任何特殊要求的控制系統(tǒng)。無模型控制的優(yōu)勢(shì)在于其結(jié)合了經(jīng)典與現(xiàn)代控制理論，它突破了這些理論的束縛，開辟了一種全新方式的控制理論。最先進(jìn)的控制方法總是需要對(duì)過程和它的適用環(huán)境有一個(gè)深刻的理解。一般用差分方程來描述動(dòng)態(tài)特征的過程。但是，在燃?xì)鉁u輪機(jī)和其它復(fù)雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，由于其太復(fù)雜或難以描述的內(nèi)在規(guī)律。因此，很難獲得系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。 作為現(xiàn)代控制理論的一部分，建立在預(yù)選模型基礎(chǔ)上的比例 - 積分控制算法，以及一些簡(jiǎn)單的比例積分控制算法仍然在加速控制中使用8。還有其他一些先

8、進(jìn)的控制算法，如自適應(yīng)PID 控制9，預(yù)測(cè)控制，開環(huán)最優(yōu)控制10，基于模型的專家控制等,在使用范圍上均有很大的局限性。無模型控制自其提出至今已經(jīng)獲得了有很多的研究成果：適應(yīng)性好，功能強(qiáng)大，易于使用，以及不需要模型和低成本的控制器，可以用在工業(yè)控制中解決復(fù)雜問題。無模型控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，如它沒有進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，并確定了無模型控制系統(tǒng)的機(jī)制，不需要知道精確的過程參數(shù)和調(diào)整復(fù)雜的控制器的參數(shù);有有閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和標(biāo)準(zhǔn)，確保了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。2 無模型空置律的設(shè)計(jì)及一般形式無模型控制律的設(shè)計(jì)分為三步完成：2.1 理論推導(dǎo)，得出無模型控制律的基本形式 通過文獻(xiàn)1113明確提出了無模型控制律的基本形式，

9、對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的控制系統(tǒng)，假設(shè)其時(shí)滯為1，這可以將對(duì)象用動(dòng)態(tài)時(shí)變模型（即泛模型）用下面的式子表示為： （1）依據(jù)上面的泛模型得出無模型控制律的基本形式為： （2） 2.2 根據(jù)控制器設(shè)計(jì)的直接途徑，得出無模型控制器的非線性結(jié)果在文獻(xiàn)14中具體的給出了無模型控制器對(duì)于非線性模型控制器的設(shè)計(jì)方法?？紤]到非線性的控制律的遞推形式為： (3)上式中是設(shè)定值。對(duì)于非線性控制律的設(shè)計(jì)，在一定條件下，確定滿足條件的非線性函數(shù)H，由于對(duì)PID的概念的新定義14，就是的對(duì)于H的確定成為可能。2.3 應(yīng)用功能模塊組合方法，最終完成無模型控制器的設(shè)計(jì) 控制器設(shè)計(jì)的組合途徑：空置律的導(dǎo)出，不是基于模型的，而是根據(jù)被控對(duì)

10、象對(duì)空置律的要求。被控對(duì)象對(duì)控制律的一般要求，例如：克服偏差、預(yù)先反向調(diào)節(jié)、收斂加速、保持穩(wěn)定等等。故而控制器的設(shè)計(jì)就是把這些功能根據(jù)控制律的要求合適的組合起來。實(shí)踐表明，不同的組合方式往往會(huì)有不同的控制效果。所以控制器的設(shè)計(jì)就是確定合適的組合方式從而達(dá)到最優(yōu)的控制效果。應(yīng)用上面的方法得到無模型控制律的一般形式如下：(4)式中G（）是一個(gè)功能組合模塊，它表示功能組合的特殊部分。A，b，c，等參數(shù)是無模型控制的組態(tài)參數(shù)，特別指出在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)為零，當(dāng)y(k)變化很大時(shí)，為正數(shù)，且其大小隨著y(k)絕對(duì)值的增大而增大，減小而減小。的存在增強(qiáng)了無模型系統(tǒng)的抗干擾能力。3.結(jié)論 實(shí)踐表明，無模型控制器對(duì)

11、大時(shí)滯、時(shí)變、強(qiáng)干擾和強(qiáng)耦合系統(tǒng)，有著獨(dú)特的控制功能。對(duì)非難控點(diǎn)，無模型控制器在應(yīng)用中除設(shè)定值外，幾乎不需設(shè)定任何其他參數(shù)。無模型控制器的一些優(yōu)點(diǎn)是目前正在應(yīng)用中的其他控制器所不能比擬的。無模型控制器在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用效果十分良好，現(xiàn)已成功地應(yīng)用到煉油、化工、電力、焦炭和輕工等行業(yè)。參考文獻(xiàn)韓志剛. 無模型控制器理論與應(yīng)用的進(jìn)展J. 自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用, 2004, 23(2): 13-16.SPALL J C, CRISTION J A. Model-free control of nonlinear stochastic systems with discrete-time measur

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