基于自适应Smith预估器的蒸氨槽温度控制

　　1引言

　　蒸氨生产属于钛黄生产废液处理同时也是副产品铁红生产的一个重要环节，对蒸氨系统控制的好坏直接影响整个生产系统的运行，蒸氨槽槽内温度的控制又是该工艺的关键。然而蒸氨系统具有很强的非线性、大时滞和不确定性等特点，难以用精确的数学模型来描述，一般的控制方法很难达到理想控制效果[1]。

　　本文结合重庆鲁润钛黄粉有限公司的实际，介绍了一种基于Smith预估器的自适应控制系统。该系统将Smith预估器和自适应控制技术结合，采用闭环控制方式调节入槽蒸汽流量的大小来实现对槽内温度的自动控制，达到了较好效果。

　　2蒸氨槽温度控制算法研究

　　2.1系统建模

　　针对蒸氨分离过程，通过热力学原理进行相应计算及简化，蒸氨槽温度控制对象的传递函数可以近似表示为含滞后的一阶惯性环节[2]：

　　2.2自适应Smith预估控制算法

　　考虑到蒸氨槽温度控制系统是一个大时滞系统，而Smith预估器自提出以来就被认为是理论上解决时滞系统很有效的方法。但常规的Smith预估控制只有在预估模型与蒸氨槽温度控制系统完全一致的情况下才能完全消除时滞的影响[3]。但是蒸氨槽中的环境很复杂，会出现很多不定因素，因此模型与实际系统肯定会存在误差，除此以外，如果控制过程中存在扰动，那么系统的参数将会发生变化，同样会导致预估模型和系统的不一致。鉴于此，考虑将模型参考自适应和Smith预估控制结合起来，通过参考模型与被控对象的输出广义误差来在线辨识被控对象，通过调节参考模型，使参考模型的动态性能与被控对象的动态性能尽可能一致，这里的参考模型就是要采用的Smith预估控制器，然后通过自适应机构来调整Smith预估控制器，这样就可以得到较好的控制效果。

　　自适应Smith控制系统的结构图如图1所示。

　　图1自适应Smith控制系统结构图

　　根据本文所讨论的实际系统可知(2)式的误差在控制系统的误差允许范围之内。这样就将时滞对象从非线性系统变成了近似线性系统。传递函数为：

　　本文所讨论的模型是一个一阶惯性环节加纯时滞环节，前面已将时滞环节近似线性化，因此本文讨论的模型近似成二阶系统，数学模型为

　　3算法仿真

　　为了验证自适应Smith控制算法的效果，本文与常规Smith控制算法进行

　　图3 模型匹配时的仿真比较

　　从图3中可以看出，自适应Smith控制器，与常规Smith预估控制器相比，系统超调量更小，但是由于自适应Smith控制器的计算量要大于常规Smith预估控制，响应速度会相应降低。然后保持控制器参数不变，让对象模型静态增益K增大一倍，变为2.4时，常规Smith控制器和自适应Smith控制器的响应曲线如图4所示。

　　图4 模型失配时的仿真比较

　　从图4中可以看出，常规Smith控制器，出现严重震荡，并且峰值过大;而自适应Smith控制器虽然也出现一定超调，但控制性能依然能够很好的满足控制需求。

　　4结论

　　对于蒸氨槽温度的控制，常规Smith预估控制算法在模型匹配时具有良好的控制性能。但在模型失配的情况下，自适应Smith控制算法比常规算法更能满足控制需求，具有更好的稳定性和鲁棒性。