检索结果-内蒙古大学图书馆

化工自动化及仪表 2001年第4期28卷 9-15页

作者：宋云霞朱学峰华南理工大学电子与信息学院广州510640

论述了时滞系统的各种控制方法的原理和优缺点 ,从最早的Smith预估控制到新近发展的各种智能控制技术以及它们的融合 ,指出时滞系统的控制仍然是控制领域中的研究热点 ,特别是基于无参数模型的时滞过程控制的研究更是方兴未艾。可以认... 详细信息

论述了时滞系统的各种控制方法的原理和优缺点 ,从最早的Smith预估控制到新近发展的各种智能控制技术以及它们的融合 ,指出时滞系统的控制仍然是控制领域中的研究热点 ,特别是基于无参数模型的时滞过程控制的研究更是方兴未艾。可以认为 ,智能控制技术和传统的滞后控制方法的结合对时滞过程的控制是有效的。

关键词：时滞系统 Smith预估控制智能控制大时滞过程控制

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造纸过程横向定量多变量解耦及时滞控制策略研究

造纸过程横向定量多变量解耦及时滞控制策略研究

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作者：单文娟陕西科技大学

学位级别：博士

定量表征单位面积纸张的质量,是最重要的纸张质量评价指标之一。高速印刷机的广泛使用及纸和纸板低定量化的发展趋势,对纸张纤维的匀度分布(主要反映在定量分布上)提出了更加严格的要求。仅采用传统的纵向(纸机运行方向)定量控制方案难... 详细信息

定量表征单位面积纸张的质量,是最重要的纸张质量评价指标之一。高速印刷机的广泛使用及纸和纸板低定量化的发展趋势,对纸张纤维的匀度分布(主要反映在定量分布上)提出了更加严格的要求。仅采用传统的纵向(纸机运行方向)定量控制方案难以满足消费者对纸张成纸质量日益提高的需要。纸张横向定量分布均匀度不仅关系到纸张本身的质量,还对生产效率和原材料消耗产生很大影响。对于造纸企业,在车速提高的情况下,通过采取有效地控制手段减小横幅定量差,可同时提高纸张质量与产量。随着低碳经济与纸张优质高产的发展趋势,纸张横向(CD,Cross Direction)定量控制尤为重要。本文在陕西省科技统筹项目及陕西省重点科研创新团队项目的资助下,围绕基于稀释水流浆箱的纸张CD定量控制策略展开理论和应用技术基础研究,致力于解决由于CD定量控制问题中存在的诸如高维大系统、耦合时滞、时空错位等特性而带来的控制难题,探索通过在线智能控制策略来提高纸张定量均匀分布的有效方法。论文的主要贡献如下:(1)稀释水流浆箱浓度调节模型的建立及浆流分布的研究通过对实验数据及数值仿真结果进行对比分析,从理论建模的角度研究了稀释水注入到主浆流的过程中对浓度的影响,得到唇板出口含水量的数学模型。探究通过唇板调节CD定量时存在逆向响应到稀释水调节CD定量时可消除逆向响应的原理。通过研究稀释水阀动作时对其两侧浆流浓度造成的影响,得到稀释水注入后唇口浓度的数学模型及分布规律,从而为稀释水水力式流浆箱结构优化设计和稀释水控制策略提供理论基础,能有效减少横向定量差。(2)CD定量控制的多变量降维及插值解耦策略研究CD定量控制对象的数学模型表明横向定量过程控制系统是一个采样数据稀疏的高维系统,且多个稀释水阀之间存在强耦合特性。论文围绕这一控制难题开展了应用技术基础研究,希望能将一个相互关联的大系统转化为多个单回路群,采取分而治之的处理方法,来获取满意的控制效果。依此思路,以配备64只稀释水阀,320个测量点的实际系统进行研究。首先,基于CD定量响应模型,通过数值计算得到320×64维的带状耦合关联矩阵,采用矩阵分块法将320×64维的大系统划分为包含主对角块与上下三角块的三个子系统。其次,对子系统实施分解算法控制,通过改变控制输入的约束形式,消除上下三角块子系统之间的关联。对主对角块系统构建转化矩阵,将320×64的高维非方系统降维成64×64维的Toeplitz方形系统。采用对角矩阵法对具有小范围耦合特性的Toeplitz对称系统进行解耦,针对对角线解耦网络支路多,解耦速度慢的特点,提出了插值解耦策略,得到新的解耦网络为一个稀疏的Toeplitz对称矩阵。与传统对角解耦网络相比,解耦支路由2408个减少到186个,大大减少解耦网络支路个数,实现了多变量系统的快速解耦。通过对解耦后的新系统设计对角化控制器,估算稀释水阀调节参数,完成了对定量为130g/m2的瓦楞纸定量系统的有效控制,并为工业过程中的多变量系统的设计提供理论依据。(3)大规模单回路时滞控制策略的研究纸页从流浆箱唇板运行到卷取部需要一定的时间,数据传输及执行器的动作输出之间存在着大时滞,本文针对由64个相似的时滞模型组成的单回路群系统,设计多变量Smith控制器,基于H∞控制理论,通过灵敏度函数的极小化得到解析Smith预估器主控制器参数整定的表达式,从而保证闭环系统具有足够的鲁棒稳定性和良好的控制性能。但当时滞过大时,H∞控制器控制效果下降,鉴于分数阶控制器具有更大的可调范围和更强的鲁棒性,本文在传统Smith预估控制的基础上,设计了基于分数阶PID的双自由度Smith预估控制系统。采用最大灵敏度指标来整定控制器参数,这样所得到的控制器不仅能够对设定值进行较好的跟踪,同时有效地对扰动进行抑制。满足CD定量控制系统中存在的时间不确定性、大时滞、实时控制的要求。(4)基于压缩感知的定量信号重构与执行器对位方法研究扫描传感器在纸机的横向上以巡回扫描的方式测量纸张的定量,随着纸幅纵向运动,扫描传感器只能测量纸幅上“Z”字形区域的定量数据,测量数据包含变化相对缓慢的CD波动分量与较高带宽的MD分量。当QCS扫描频率不超过纸张MD分量变化频率的两倍时,会导致采样数据的缺失。针对纸张信号的稀疏特性,采用压缩感知技术对采样数据进行重构,恢复全幅定量数据。基于重构数据与实测数据分别进行CD定量响应模型的辨识,以验证压缩感知技术的重构效果。基于重构的采样数据,通过预估分离算法,分离出CD定量数据,实现横向曲线的纵向分离,为横向控制创造好的条件。CD定量控制中要求传感数据(即CD定量检测值)与执行器(即稀释水阀)之间必须严格对应,否则就会出现“张冠李戴”的错位现象,调节点和检测点之间出现紊乱,导致CD定量控制失败。针对时空对位问题,通过确定执行器的响应中心、计算

关键词：横向定量控制稀释水流浆箱多变量解耦控制大时滞过程控制压缩感知

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基于粒子群优化的大时滞过程PID控制算法研究

基于粒子群优化的大时滞过程PID控制算法研究

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作者：袁志敏陕西科技大学

学位级别：硕士

大时滞现象广泛存在于实际工业生产过程中,其作为过程控制领域的难题之一,受到业界广泛关注。传统观念认为PID控制器不适用于大时滞过程控制,但我们的研究表明:PID控制器能否用于大时滞过程控制的关键取决于它的控制器参数如何整定。利... 详细信息

大时滞现象广泛存在于实际工业生产过程中,其作为过程控制领域的难题之一,受到业界广泛关注。传统观念认为PID控制器不适用于大时滞过程控制,但我们的研究表明:PID控制器能否用于大时滞过程控制的关键取决于它的控制器参数如何整定。利用仿智能算法整定的PID控制器参数,对大时滞过程控制具有良好的控制效果。粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)作为一种简单、高效的并行搜索算法已被广泛应用于PID参数整定过程中。但仿真结果表明:采用PSO算法整定大时滞过程PID控制器参数时,存在早熟、易陷入局部最优、收敛速度慢、搜索盲目等问题,往往不能取得令人满意的控制效果。为此,本文在陕西省重点科技创新团队计划项目(2014KCT-15)的资助下,对PSO算法进行改进并用于PID控制器的参数整定,部分研究成果也已被应用于对长网造纸机纸张定量的控制。论文的主要工作总结为如下四个方面:(1)基于具有初始化功能的PSO算法的大时滞过程PID参数整定为了解决标准PSO算法在整定大时滞PID控制器参数过程中搜索范围较大,搜索能力较差,甚至出现不收敛的问题,本章利用H?理论减小搜索空间,融合信息熵保证粒子多样性,提出了一种具有初始化功能的PSO算法,即HOI-PSO算法。MATLAB仿真实验表明:HOI-PSO算法能够提高PSO算法的收敛速度,具有同大范围相似甚至更好的全局寻优能力;对于大时滞过程的控制,效果良好。(2)基于共轭梯度的混合PSO算法的大时滞过程PID参数整定针对标准PSO整定大时滞PID控制器参数易早熟的缺点,提出了一种结合早熟判断处理的基于梯度思想(CGM)的混合PSO算法(CGM-PSO)。该改进算法既能增强标准PSO算法的局部搜索能力,也能加快标准PSO算法的收敛速度,可有效地解决PSO算法早熟问题。本文将该算法应用于大时滞过程PID控制器参数优化中,仿真结果表明闭环系统的控制性能也能得到很好的改善。(3)基于标准PSO算法的双自由度IMC-PID控制方法研究借助双控制器设计技术和标准PSO算法,提出了一种基于PSO算法的双自由度IMC-PID(TDF-IMC-PID)控制方法(PSO-TDF-IMC-PID),用于对大时滞工业过程的控制。本控制方法以时间误差绝对积分(ITAE)为目标函数,运用标准PSO算法整定TDF-IMC滤波器时间常数,进而得到PID控制器参数。仿真结果表明:该控制方法可以明显提高大时滞过程TDF-IMC-PID控制的跟踪性能和鲁棒性能,避免了参数整定的复杂性及对人工经验的依赖。(4)研究成果在长网造纸机纸张定量控制系统中的应用设计与实现通过阶跃响应建模法建立定量控制回路数学模型,并将前述部分研究成果用于纸张定量的闭环控制,仿真结果表明论文成果对纸张定量具有良好的闭环控制性能。为此,在不影响现有抄纸过程控制系统正常工作的前提下,设计了一种基于OPC技术的的纸张定量控制系统。该控制系统以西门子S7-300PLC为主体控制硬件,以Step7和WinCC为开发软件,将本文所研究的算法成果应用于长网造纸机纸张定量控制,应用效果表明论文所研究的控制算法是有效的,具有一定的实用价值。总之,本文在剖析标准PSO算法性能及其在大时滞PID参数整定过程存在的问题的基础上,提出了基于三种改进型PSO算法的PID参数整定方法;借助OPC技术和工业以太网通讯技术,给出了大时滞PID控制算法在纸张定量控制回路中的具体工程实现方案。部分研究成果已用于浙江某纸厂现有抄纸过程控制系统中去,应用结果证明了本文提出的PID控制算法在大时滞过程控制中切实有效。

关键词：改进粒子群算法大时滞过程控制 PID控制算法控制器参数优化纸张定量控制系统

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纸张横幅定量ELMAN神经网络解耦算法及模糊自整定控制策略研究

纸张横幅定量ELMAN神经网络解耦算法及模糊自整定控制策略研究

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作者：张旭陕西科技大学

学位级别：硕士

纸张定量即单位面积纸张的质量,是影响纸张质量和成本的一项重要指标。定量控制包含纵向定量(沿纸机运行方向)控制和横幅定量(垂直于纸机运行方向)控制,随着纸及纸板的低定量化趋势以及消费者对纸张质量要求的日渐提高,仅采用传统的纵... 详细信息

纸张定量即单位面积纸张的质量,是影响纸张质量和成本的一项重要指标。定量控制包含纵向定量(沿纸机运行方向)控制和横幅定量(垂直于纸机运行方向)控制,随着纸及纸板的低定量化趋势以及消费者对纸张质量要求的日渐提高,仅采用传统的纵向定量控制难以满足需求。当前,业界虽然对于横幅定量控制的研究取得了一些进展,但是因非方高维、强耦合、大时滞等特性而导致的控制难题依然未能得到很好的解决。论文在国家自然科学基金面上项目(项目编号:62073206)的资助下,针对上述控制难题,围绕基于稀释水水力式流浆箱的横幅定量控制策略开展了理论和应用技术基础研究。论文的主要工作可总结为以下四个方面。(1)横幅定量总体控制方案设计首先对稀释水水力式流浆箱结构进行分区,并对各部分的功能以及工作机理进行阐述,将传统的唇板调节法与稀释水调节法进行对比分析,得出采用稀释水调节法进行横幅定量的优点;其次分析稀释水调节法进行横幅定量控制所存在的主要控制难点,明确了本文需要解决的具体问题;最后以分析得到的控制难点为基础,进而设计出横幅定量控制系统的总体控制方案。(2)基于ELMAN神经网络的横幅定量在线前馈解耦算法研究针对纸张横幅定量控制存在的非方、高维强耦合问题,提出了一种基于ELMAN神经网络的在线前馈解耦算法。首先利用“区域化点”的思想,引入前置变换因子矩阵对系统进行降维化方;然后针对化方后的系统,将ELMAN神经网络和前馈解耦相结合,并在此基础上引入参考模型,根据参考模型输出与系统输出之间的差值来在线调整网络参数,对系统耦合进行实时补偿来实现系统的在线解耦。将本文算法与Back-Propagation(BP)神经网络解耦算法和伴随矩阵解耦算法进行仿真对比。结果表明:本文算法对系统的精确耦合模型依赖度更低,并且解耦精度更高。(3)基于模糊自整定的横幅定量控制策略研究针对横幅定量控制存在的大时滞问题,采用“分散控制”的思想,针对解耦后系统的单回路群,提出了基于混沌优化(Chaos Optimization,CO)的模糊自整定PID-Smith预估控制策略(COFuzzyPID-Fsmith)。首先对于传统Smith预估器引入反馈滤波器进行改进(称为FSmith),使得模型失配误差经过滤波器削弱再进行反馈;然后考虑到模糊控制对模型依赖度不高的优点,将其与PID控制器相结合作为改进后的Smith预估器的主控制器,并采用混沌优化对主控制器进行参数寻优。将本文控制策略与PID、PID-Smith、FuzzyPID-FSmith控制策略进行仿真对比。结果表明:本文控制策略响应速度最快,抗干扰性以及鲁棒性表现最佳,能够满足横幅定量控制系统对于大时滞实时快速控制的要求。(4)横幅定量控制系统的设计与实现根据横幅定量控制系统的总体方案设计出系统的总体结构,为本文所提出的解耦及时滞控制策略在横幅定量控制系统中的实现奠定基础。利用OLE for Process Control(OPC)技术进行数据交换,以S7-400为硬件控制主体,结合Step7和WinCC将本文所设计控制算法实现。实际工程应用表明:横幅定量差指标可控制到1.86%,获得了较好的控制效果。综上所述,本文通过控制手段来解决纸张横幅定量的分布均匀问题,重点研究了非方高维系统解耦算法和大时滞控制策略,并将本文所设计的控制策略进行仿真实验并投入实际工程应用。结果表明:论文研究成果可满足横幅定量控制的指标要求,可为造纸企业实施横幅定量控制提供理论和技术上的参考。

关键词：稀释水水力式流浆箱横幅定量控制 ELMAN神经网络解耦模糊自整定控制大时滞过程控制

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一种辊道窑烧成温度建模与时滞控制方法、系统

一种辊道窑烧成温度建模与时滞控制方法、系统

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作者：杨海东张植豪徐康康 510006 广东省广州市越秀区东风东路729号

本发明公开了一种辊道窑烧成温度建模与时滞控制方法、系统，建模步骤，采集辊道窑的工艺参数，上位机根据热平衡原理构建烧成温度动态特性模型；模型优化步骤，上位机对所述烧成温度动态特性模型进行优化，将大滞后性温度对象转化为小... 详细信息

标准号: CN108955247A

本发明公开了一种辊道窑烧成温度建模与时滞控制方法、系统，建模步骤，采集辊道窑的工艺参数，上位机根据热平衡原理构建烧成温度动态特性模型；模型优化步骤，上位机对所述烧成温度动态特性模型进行优化，将大滞后性温度对象转化为小时滞性的等效对象。基于辊道窑温度控制机理和热力学定律，建立与优化烧成温度动态特性模型；针对PID控制器对小时滞性过程有比较好的控制效果而对大时滞过程控制不敏感的问题，生成辊道窑温度大时滞性问题有效的控制策略：神经网络模糊PID控制策略，对辊道窑温控系统大滞后性达到很好的控制效果，有效实现辊道窑的智能化、轻型化，提高产品质量、减少能耗、减轻现场工人的劳动强度。

关键词：辊道窑烧成特性模型温度动态大滞后性控制效果上位机时滞大时滞过程控制温度控制机理模糊PID控制热力学定律等效对象对象转化控制策略模型优化神经网络温度建模温控系统有效实现原理构建不敏感热平衡智能化对辊建模优化能耗采集

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