無模型控制方法的功能分析與應(yīng)用研究.pdf

1、自上世紀八十年代以來，DCS(分布式控制系統(tǒng))及現(xiàn)在興起的FCS(現(xiàn)場總線控制系統(tǒng))逐漸取代了盤裝控制器的地位。DCS引進我國后的近二十年的實踐，使人們逐漸發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用的結(jié)果與原來購置DCS的希望目標相差甚遠。在煉油、化工、電力等行業(yè)，除一些簡單裝置外，用DCS實現(xiàn)優(yōu)化控制的為數(shù)甚少。因為優(yōu)化控制的基礎(chǔ)是裝置的閉環(huán)穩(wěn)定自動控制，這就要求裝置的各個控制回路應(yīng)該實現(xiàn)閉環(huán)自動控制的環(huán)節(jié)都實現(xiàn)閉環(huán)控制。然而目前DCS、FCS的最基本的單元控制環(huán)節(jié)

2、，仍然采用的是經(jīng)典的PID控制算法。長期的實踐證明PID控制器是一個很好的控制器，它在系統(tǒng)控制中功勞卓著。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)裝置愈來愈大型化、復(fù)雜化，而且技術(shù)性能越來越高。在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了許多非線性、時變、大時滯、強耦合等環(huán)節(jié)，而且大的干擾還經(jīng)常發(fā)生。對付這樣的被控對象，PID調(diào)節(jié)器就顯得無能為力了。 人們試圖用某些先進控制算法來解決這些問題。但又遇到了另一個問題：即先進控制律的設(shè)計，必須要求建立系統(tǒng)可用的數(shù)學(xué)模型或完

3、備的知識庫和推理模式。實踐證明，完成上述任務(wù)也是一件十分困難的事。有時，目前的科學(xué)技術(shù)水平甚至是無能為力的。 然而，現(xiàn)代控制理論和經(jīng)典PID都存在著許多良好的性質(zhì)和設(shè)計方法，這些精華不應(yīng)該被拋棄。所以設(shè)計一種兼有現(xiàn)代控制理論與經(jīng)典PID理論的優(yōu)點，又適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化控制要求的新型控制器，就提到自動控制工作者的研究日程上來了。無模型控制理論就是在這種情況下產(chǎn)生和發(fā)展起來的，依據(jù)這一理論設(shè)計的無模型控制器開始應(yīng)用到了工業(yè)現(xiàn)場。近十幾

4、年來，無模型控制方法無論在理論上還是在實踐上，都取得了顯著的的成果。 本文系統(tǒng)地對無模型控制方法的性質(zhì)、功能及應(yīng)用進行了研究，進一步揭示了此方法的合理性、有效性和內(nèi)在本質(zhì)，為進一步推廣使用提供了理論依據(jù)和成功范例。 首先對無模型控制方法的本質(zhì)進行了描述和研究，指出它是一種建模與反饋一體化的控制策略；對無模型控制律的一般形式的收斂性進行了分析證明，并對收斂性條件進行了分析，從而在理論上證明了無模型控制方法的合理性和有效性。

5、 其次研究了自適應(yīng)控制在實際應(yīng)用中存在的問題。自適應(yīng)控制理論及應(yīng)用現(xiàn)在都已取得了顯著的成果，但在實際應(yīng)用中卻遇到了相當?shù)睦щy，為此本文對自適應(yīng)控制和PID控制對強耦合、變時滯及非穩(wěn)定系統(tǒng)的控制效果進行了仿真研究，指出這些方法對許多應(yīng)用系統(tǒng)進行穩(wěn)定控制的不足。而無模型控制方法為解決自適應(yīng)控制的問題提供了一個切實有效的方法。針對無模型控制方法不依賴被控對象數(shù)學(xué)模型的良好控制能力，對其各項功能進行分析及仿真研究，包括適應(yīng)能力、抗干擾能