［摘  要］該文對無模型控制律的一般形式及其參數(shù)的工程含義進行了介紹詳細說明了無模型控制器的參數(shù)組態(tài)的設定問題。根據(jù)在線智能露點檢測儀中控制過程的特點應用無模型控制器對其進行控制對相應的參數(shù)組態(tài)和控制方法進行了分析和討論。應用結(jié)果表明無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］無模型控制律；露點；參數(shù)組態(tài)?
1引言?
    現(xiàn)在以被控對象的數(shù)學模型為基礎的現(xiàn)代控制理論得到了很大的發(fā)展但是由于大量實際被控對象給不出合適的數(shù)學模型現(xiàn)代控制理論在許多場合遇到了困難�！白赃m應控制”、“模糊控制”、“預測控制”、“智能控制”、“專家系統(tǒng)”等方法的出現(xiàn)，德圖PH計試圖解決對模型的依賴問題。但實質(zhì)上仍沒有擺脫模型框架的束縛有時還要用到建模及系統(tǒng)辨識等手段。這些方法已用于一些動態(tài)過程控制中。但由于控制算法復雜不能適應未知非線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性系統(tǒng)的不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學模型的控制算法并稱之為無模型控制律。經(jīng)過多年的研究無模型控制技術(shù)已達到了實用階段。根據(jù)這一理論設計制造出的無模型控制器在煉油、化工、輕工、焦炭、化肥、造紙及電力等行業(yè)應用收到了滿意的效果。?
    根據(jù)實際需要作為無模型控制器應用的一個新領域在我們研制的在線智能露點檢測儀中應用無模型控制律作為儀表內(nèi)相應參數(shù)的控制方法取得了控制穩(wěn)定、檢測精度高、反應快速等良好的使用效果。
    本文在工程實踐的基礎上對無模型控制律一般形式的各參數(shù)的工程意義及參數(shù)組態(tài)進行介紹和分析并針對其在儀表檢測中的使用進行說明和探討。?
2無模型控制律的一般形式及各參數(shù)的工程意義
    “無模型控制器”是“無需建立模型的自適應控制器”的簡稱它的控制算法由基本無模型控制算法和功能組合算法兩部分組成。無模型控制律的一般形式：?
到。G(…)是適當?shù)暮瘮?shù)表示控制律的功能組合部分。而??
    Ab,C,d,αβσ是無模型控制律的組態(tài)參數(shù)無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?shù)慕Y(jié)合而組成。這些參數(shù)的工程含義如下：?
    λk是偏差y0－y(k)的放大、縮小倍數(shù)即偏差的增益。?
    gk在系統(tǒng)平穩(wěn)時即測量值y(k)變化很小gk＝0；當y(k)變化加快時gk是一個正變數(shù)隨y(k)變化的絕對值增大而增大。由于gk的存在使無模型控制器具有克服大干擾的能力。?
    A是反向調(diào)節(jié)強度起預先反向調(diào)節(jié)作用可克服超調(diào)使系統(tǒng)盡快的達到穩(wěn)定狀態(tài)。?
    b是克服靜差作用權(quán)數(shù)其克服靜差作用的強度與此參數(shù)成正比。?
    C是穩(wěn)定作用與快速轉(zhuǎn)向權(quán)數(shù)此參數(shù)取值適當可使系統(tǒng)平穩(wěn)運行。
    參數(shù)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(shù)。?
    αβ的存在主要是保證控制器自身的穩(wěn)定性。?
    為了解決調(diào)節(jié)過程的快速性和穩(wěn)定性的矛盾在無模型控制器的算法中還設有智能區(qū)間。智能區(qū)間是以設定值y0為中心一個適當?shù)恼龜?shù)h為半徑的區(qū)間［y0－h(huán),y0＋h］。智能區(qū)間h是無模型控制器的另一個重要參數(shù)。一般地說，在智能區(qū)間外無模型控制律將快速地克服靜差；在智能區(qū)間內(nèi)無模型控制律將進行穩(wěn)定調(diào)節(jié)。?
3無模型控制器的參數(shù)組態(tài)?
    依據(jù)無模型控制律設計制造的F00—1系列無模型控制器在煉油、化工、造紙等行業(yè)的應用取得了良好的效果。實踐證明無模型控制器的控制功能遠優(yōu)于大量應用的PID調(diào)節(jié)器。無模型控制器具有參數(shù)自整定功能但這種整定功能在一定范圍內(nèi)進行所以給定一組良好的參數(shù)初值還是十分必要的。我們僅就單回路情形說明參數(shù)組態(tài)的一般方法；對于串級環(huán)節(jié)參數(shù)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%時智能區(qū)間為(55%65%)。h的取值依據(jù)系統(tǒng)的時滯和超調(diào)量而定一般的說超調(diào)量大h的值相應的就得大些。一般取3%～5%。?
    A：初始值取為1觀察系統(tǒng)的動態(tài)變化如果測量值總是處于給定值的上方或下方這說明A的值大了應減��；如果產(chǎn)生振蕩則說明A的值小了應適當加大直到消除振蕩為止。?
    b：先取一個適當?shù)某踔等绻�產(chǎn)生振蕩并且測量值在設定值上下不斷的擺動這說明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的對測量值進行跟蹤調(diào)節(jié)，說明b值小了應增大。?
    C：一般取一個適當值(不應過大)后幾乎不需改變。?
    其余參數(shù)都可以取成小正數(shù)。例如：a=0.001b=0.001。?
    在單回路調(diào)節(jié)的情形參數(shù)組態(tài)完成以后一般的無需改變。如果十分必要也僅需改動λk和A。?
4露點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(diào)節(jié)及醫(yī)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露點檢測儀［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際應用中取得了比較滿意的效果。??
    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溫度時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(shù)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α源表面溫度就是氣體露點溫度原理框圖示于圖4—2。?
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    當對露層厚度進行控制時如果超調(diào)過大即在α源表面結(jié)露過厚則需要較長時間才能揮發(fā)到正常厚度此時被控對象為一大時滯系統(tǒng)使達到穩(wěn)定并顯示出露點值的時間延長不利于在線檢測。而且多次超調(diào)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。在進行自動閉環(huán)測量控制過程中當檢測接受α粒子能量的狀態(tài)值小于起始值30%時需自動返回自校以克服α源污染等原因造成的狀態(tài)信號不正常情況。
    針對以上特點無模型控制器的參數(shù)組態(tài)就應有所變化。A：根據(jù)情況比一般值稍大取為1.4；λk：取為1.8；b則不應過大設成0.1。將制冷電流的控制輸出限制在較小范圍內(nèi)如10%～60%以防止制冷過深或升溫過快。智能區(qū)間半徑h設為較小的值如2%以便更精確穩(wěn)定地調(diào)節(jié)露點厚度。?
    在智能區(qū)間內(nèi)的上半?yún)^(qū)即由高溫接近露點溫度時越逼近露點溫度也就是露層厚度越接近預定值h?k就越�。辉谥悄軈^(qū)間內(nèi)的下半?yún)^(qū)由低溫接近露點溫度時即過厚露層揮發(fā)時gk應更小因揮發(fā)時間要長于結(jié)露時間。這些均由程序自動判定和執(zhí)行。
    因探測器為金硅勢壘探測器具有負的溫度系數(shù)即溫度升高反向漏電流增大計數(shù)值減小。探測器本身的溫差小時(10℃以內(nèi))在軟件上對測量值進行補償；溫差大時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小時重復一次α源溫度及狀態(tài)恢復過程進行狀態(tài)初始化。?
5結(jié)論?
    經(jīng)過現(xiàn)場測試露點儀精度為±0.5℃符合設計要求在線實時顯示了待測氣體的露點儀器運行狀態(tài)良好。?
    通過在自動檢測儀表中的應用進一步說明了無模型控制律的優(yōu)越性和有效性。我們還將繼續(xù)拓寬無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域發(fā)揮作用。?