４４６ 化 亡自动化及仪表 第４０卷
基于多变量开关型选择性控制系统
的设计编程及应用
刘 渊 赵辉堂 廖永贞 刘中明
（兰州铀浓缩有限公司，兰州７３００６５）
摘 要 通过设计开关型选择性控制系统，对限值变量实施三位式控制，克服了传统二位式控制方式在 多限值变量控制中，使加热回路频繁通断而且易产生回路硬件故障的问题；以主控变量限值的下限值为 参考值设定等偏差值，克服控制中各变量问的相互影响，使控制系统获得良好的稳定性和可靠性。利用 ＦＢＤ语言编程，由ＤＣＳ系统实现设计的控制策略，成功应用于生产过程控制，解决了该生产过程多变量 的复杂控带】问题，应用效果良好。 关键词 选择性控制系统 三位式 变量 ＦＢＤ语言 中图分类号ＴＨ１６５ ．２ 文献标识码 Ａ 文章编号 １０００—３９３２（２０１３）０４－０４４６－０５
随着兰州铀浓缩有限公司对有关产品生产系 统的技术改造升级，工艺生产过程发生了较大变
化，同时，生产系统采用了ＤＣＳ对生产过程实施 监控。物料加热液化作为关键生产过程，其加热 方式由蒸汽夹套装置利用蒸汽加热，改造为压热
罐装置电加热方式，温度控制方式也需随之改变。 在蒸汽加热方式进行物料升、恒温液化时，手动调 节蒸汽压力控制温度参数；而采用压热罐装置，以 电加热方式进行物料加热液化时，需对不同对象
的温度参数和状态量实现准确、可靠控制，才能保 证产品质量，确保生产过程及设备安全、稳定和可
靠运行。不同对象的温度参数之间存在关联，实 施控制时相互影响与制约。笔者介绍的控制系统 及ＤＣＳ系统编程，成功实现了需多变量控制的
升、恒温生产过程控制要求，该控制系统自２０１ １ 年投入运行以来，控制过程及工艺参数控制，均满
足工艺生产需要，系统运行良好． １ 工艺过程简介
装料容器置于压热罐内，罐门闭合，罐体呈密 闭状态，压热罐内腔后端处设置加热器和风扇。
生产投运时，罐门呈完全闭合、风扇置运转状态才 可执行加热液化过程。在加热液化过程中，加热
基于Smith控制与预测函数控制的再热汽温多变量控制快速计算方法
王富强;李晓理;张秋生;张金营
【摘 要】针对再热汽温控制系统控制变量多、控制难度大等问题,提出了一种基于Smith控制与预测函数控制(PFC)的多变量控制快速计算方法.首先,将再热汽温多变量控制系统分解为三个单变量控制系统,在每个单变量控制系统中,将其中两个控制量作为干扰项;其次,根据Smith控制思想,设计每个单变量控制系统;最后在改进预测函数控制的性能指标的基础上,综合考虑三个单变量控制系统,实现对再热汽温度的控制.再热汽温控制仿真实验表明所提方法的计算速度是传统约束条件下预测控制的50倍左右,并且调整参数少,物理意义明确.实验结果表明该算法在现场使用中能够有效地提高再热汽温控制品质.
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2015(035)012
【总页数】5页(P3597-3601)
【关键词】多变量预测函数控制;Smith控制方法;再热汽温控制;烟气挡板;燃烧器摆角;喷水减温;模型失配
【作 者】王富强;李晓理;张秋生;张金营
【作者单位】神华国华(北京)电力研究院有限公司技术研究中心,北京100025;北京科技大学自动化学院,北京100083;北京科技大学自动化学院,北京100083;神华国华(北京)电力研究院有限公司技术研究中心,北京100025;神华国华(北京)电力研究院有限公司技术研究中心,北京100025
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273+.1
0 引言
超超临界火力发电机组具有高参数、大容量等特点［1］。机组参数的提高对自动控制水平提出了更高的要求。电站锅炉的再热汽温是影响机组安全性和经济性的重要参数之一［2］，其控制难度较大。目前国内大型火电机组的再热汽温控制仍普遍采用喷水串级比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制系统。再热汽温控制系统的被控对象普遍具有强耦合、非线性和大滞后的特点。在变负荷过程中，汽温实际值与设定值之间的偏差通常达8 ～10 ℃。其不利影响主要表现在以下方面:1)再热汽温度偏高，接近材料的最大承受能力，很容易爆管;2)再热汽温度偏低，则直接降低了机组的经济效率;3)在控制过程中，再热减温水的喷入在一定程度上降低了机组的热效率。
《工业控制计算机）２０１１年第２４卷第１２期６９
多变量系统解耦现状的分析
ＣｕｒｒｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＤｅｃｏｕｐｌｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌｏｎＭＩＭＯＳｙｓｔｅｍ
达成莉（西安建筑科技大学控制理论与控制工程专业，陕西西安７１００５５）
摘要介绍了传统解耦、自适应解耦、智能解耦和非线性及鲁棒解耦等方法，分析了各种解耦方法存在的问题并叙述了应用情况，指出解耦控制是控制领域研究的热点问题，最后对多变量解耦控制的研究进行了展望，并指出寻求简单易行的解耦方法或融合解耦诸算法是解决工程实际的有效途径。关键词：解耦控制，传统解耦，自适应解耦，智能解耦，非线性及鲁棒解耦ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ。ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｅｃｔ．Ｒｅｃｅｎｔｌｙ．ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｂｅｃａｍｅｈｏｔｒｅｓｅａｒｃｈｆｉｅｌｄｏｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｐｒｏｊｅｃｔｃｏｍｍｕｎｉｔｙ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｎｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｔｈｅｏｒｙ，ｅｍｐｈａｓｉｚｅｓｏｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｗａｙｏｆｓｅｅｋｉｎｇｓｉｍｐｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｓｙｎｃｒｅｔｉｚｉｎｇｓｏｍｅｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅａｂｏｖｅｍｅｔｈｏｄｓｔｏｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒ０１．ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ，ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ，ｎｏｎｌｉｅａｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｎｄｒｏｂｏｓｔｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ生产过程是一种有序过程，环环相扣，变量间关系错综复杂，一个过程变量的波动往往会影响多个变量的变化。这就是耦合，他是生产过程控制系统普遍存在的一种现象，而解除这种耦合关系的过程称之为解耦ｔ他Ｊ。解耦控制是一个有浓厚应用背景的课题，二十余年来研究者甚多，成为自动化领域中一个相当热门的研究方向。其应用范围涉及钢铁、石油、化工、轻工、机械、军工等国民经济的诸多领域。随着科学研究的发展与技术的进步，生产向高速、大容量的方向发展，要求被控制的系统越来越复杂。需要控制的变量通常不止一对，而且相互关联。对耦合这种现象，需要用控制的方式加以解决。例如，对于一个电力系统来说，其频率、功率与电压是三个需要控制又彼此相关的量；对于一个精馏塔－３，来说，其顶部产品成分和回流量压力与温度关联，底部产品的成分、回流、送料速度以及塔板温度等，都是一些彼此有关联的量；还有轧钢系统中的厚度控制和板型控制也存在着相互关联。因此，多变鹭系统（以下简称ＭＩＭＯ系统）的控制问题是有丰富内涵和实际工程背景的课题。ＭＩＭＯ系统的特殊性在于：①输入输出之间彼此响应产生交连；②难以得到精确的数学模型；③控制部件失效的可能性增大…。以上问题的存在使得采用单变量系统的设计方法已无法满足要求，但单变量控制在工业上的应用已经发展得相当成熟，因此，将多变鼍系统解耦为单变量系统再进行控制无疑是能够利用已有成果的最好选择。多变量系统的解耦控制可分为四大类：①传统解耦方法；②自适应解耦方法；③智能解耦方法；④非线性与鲁棒解耦。１传统解耦方法传统解耦方法以现代频域法为代表。也包括时域方法，主要适用于线性定常ＭｌＭＯ系统。１．１求逆矩阵法求逆矩阵法方法对低阶系统、静态解耦比较简单，但对高阶求逆却十分困难，尤其是高阶传递函数矩阵求逆更加困难。早期解耦都属于这一类，Ｒｏｋｓｅｎｂｏｍ、钱学森、Ｍｅｓａｒｏｖｉｃ、Ｓｃｈｗａｒｚ、Ｋａｖａｎｇｈ等人都在求逆解耦法中作出贡献。１．２相对放大系数匹配法相对放大系数匹配法由Ｂｒｉｓｔｏｌ提出。Ｓｈｉｎｓｋｏｙ发展而来。这种方法就是根据被控变量ｘ．与操作变量Ｕ．的相对放大系数大小选择最优的匹配（Ｘ；，Ｕ．）使系统具有最小的耦合度。这种方法的特点是简单。但存在的问题较多，接近于１是一个较为模糊地概念。由于相对放大系数入；；为负值其耦合影响远远超过ｋ≥１的影响，因此这种方法也未能真正反映系统的耦合程度。１．３对角优势法对角优势法假设被控对象传递函数Ｇ（Ｓ）满足行对角优势三条件：艺Ｉ岛（∞）Ｉ＜Ｉｑ（∞）Ｉ，对于任意∞，ｉ－１，２，…，ｎ；并且满足一，‘’列角优势条件：艺ｆｑ（∞）Ｊ＜Ｊｑ（∞）Ｉ，对于任意∞，．．１，２，…，ｎ；卜『＾叫称Ｇ（Ｓ）为对角优势传递函数矩阵。这种方法可以分为５种派生方法。（１）逆奈氏阵列法（ＩＮＡ）英国学者Ｒｏｓｅｎｂｒｏｃｋ，首先提出的逆奈氏阵列法（ＩＮＡ）．这是一种频域设计的方法，基本思想是在控制对象的前面或者后面加一个前置或后置补偿器，以消弱而不是完全消除多变量系统各回路的偶合作用，使系统的开环传递函数阵具有某种程度的对角优势。这样，系统的设计就可以简化为对若干单回路的单变量系统的补偿问题。ＩＮＡ方法一对角优势为基础，充分利用了经典的设计技术，所要设计的预补偿器简单且易于实现，且具有一定的鲁棒性，故得到了广泛应用。但是ＩＮＡ尽管使闭环传递函数Ｈ（Ｓ）的逆Ｈ（Ｓ）成为对角优势阵，进而利用奈氏ｆ－０据选择反馈增益，但并不保证闭环传递函数Ｈ（Ｓ）函数本身的对角优势性．因此，系统很可能存在不可忽视的交连。在这种情况下，需要反复调整补偿器的参数，不断对Ｈ（Ｓ）的对角优势性进行考察，
２０１１年６月 第２７卷第２期 陕西理工学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｎｅ．２０１１ Ｖ０１．２７ Ｎｏ．２
［文章编号］１６７３—２９４４（２０１１）０２一ｏｏ２４—０５
一类多输人多输出系统的容错控制设计
令朝霞
（陕西理工学院电气工程系，陕西汉中７２３００３）
［摘要］ 通过对多输入多输出（ＭＩＭＯ）多变量反馈控制系统在某环节发生故障或失效时的 系统稳定性分析，得出系统稳定性与其回差矩阵有关。提出了针对一类开环传递函数矩阵对
象为本质稳定及解耦后仍是本质稳定时系统的冗余设计方法。通过控制律的重构，能有效解 决环节发生故障或失效时系统稳定性的问题，达到对复杂控制系统实现容错控制的目的。仿
真结果表明该冗余设计方法是可行的。
［关键词］ 多变量；稳定性；容错控制；冗余设计 ［中图分类号］ＴＰ２７３ ．５ ［文献标识码］Ａ
随着工业生产过程自动化程度的提高，系统结构越来越复杂，检测仪表和执行机构的使用数量也越 来越多，有时一个局部故障，常会产生链式反应，以至于导致整个自动控制系统的崩溃，不仅会造成经济
损失，而且会危及人身安全，特别是在航空、航天、航海、核工业和化学工业等领域¨Ｊ。因此，对系统的
安全性、可靠性和有效性提出了更高的要求，而提高系统可靠性的重要手段是使系统具有一定的容错能
力，即容错控制Ｌ２ Ｊ。容错控制的目标就是当系统的某些部件出现故障或完全失效时，在适当降低某些
性能的前提下，控制系统仍能维持稳定。 容错控制作为一门新兴的交叉学科，经过近３０年的发展，已经取得了很大的进展。目前完整性控 制，鲁棒容错控制以及控制律的重构设计等仍是研究的热点问题。这方面的研究成果较多，但许多还处
于实验和仿真阶段。文献［６—１０］给出了部分研究成果，它们分别是以现代控制理论、自适应控制、模
