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硅碳棒预估控制系统的等效方框
    硅碳棒预估控制系统的等效方框图如图2.9所示。硅碳棒预估控制系统最大的优点是将滞后环节移到了闭环之外,这样一个时延系统的设计问题己转为无时延系统的设计问题。第二个优点是当G()有积分作用时,系统无论对参考输入还是外扰输入的稳态误差都为零。第三个优点是可以采用一般工程实用系统的品质指标。因为它是频域设计方法,反馈控制是采用系统的输出反馈。因此可采用增益和相位余量、阻尼比、建立时间等一整套工程技术人员所熟悉的经典频域方法进行时延系统的设计工作。硅碳棒预估控制器的最大的缺点是太过依赖精确的数学模型,当预估模型和实际对象有误差时,控制品质会显著恶化,甚至出现不稳定,而且对于外部扰动也非常敏感,鲁棒性较差。然而,实际工业过程总是存在一定程度的时变性,所以经典硅碳棒预估控制器难以在实际中得到应用。
    为了解决这个问题,很多学者提出了基于常规硅碳棒预估控制器的各种改进方法,大致可以分为以下两种:一种是基于结构上的改进,它们结合智能控制,通过在不同位置增加一些并联或者串联的环节进行补偿;另外一种就是在参数整定上展开研究,它们通过泰勒多项式展开时滞项,用鲁棒性指标和其它指标函数对控制器进行解析设计,或者对其中的控制参数通过鲁棒性指标进行调整,还有的对硅碳棒预估系统的反馈传递函数进行改进,以增强它的鲁棒性和稳定性在结构上进行改进的方法中,比较有名的是C.C.Hang提出的改进硅碳棒预估器。其主反馈通道的传递函数不是1,而是加了一个滤波器,该方法的稳定性和鲁棒性比原来硅碳棒预估系统要好,它对模型精度要求明显降低,控制品质也得到了很大的改善。但是当被控过程参数变化时,滤波器的参数也要调整,否则不能适应当前的系统。主反馈通道在一定的条件下可以简化为一个惯性环节,只要对惯性环节中的惯性时间常数进行自调整就可以动态适应系统的变化。用模糊算法调整滤波时间常数,该改进方法可以很好地控制过程参数变化较大的系统。还有一种比较流行的改进方法是对补偿器和主通道反馈函数同时进行改进,其作用也是减少了系统对精确模型的依赖性,提高了动态响应品质。
    根据对硅碳棒预估系统的分析,可以知道增益的变化对系统的稳定性有很大的影响,因此也有人专门针对增益变化进行研究,提出了在硅碳棒预估控制的基础上的增益自适应补偿方法。该方法则是把控制对象与模型间的差异用增益来补偿,通过动态调整模型的增益,使得模型的输出和控制对象的输出不断逼近,这种方法能大大改善硅碳棒预估补偿控制的动态性能。硅碳棒预估器的改进也可以在控制器参数的整定上进行,但由于这些方法计算比较复杂,实用性也不是很好,因此改进方案相对少一些。www.beritawan.com
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