自抗擾控制器在聚丙烯反應釜中的應用
關鍵字:
陶洪峰,張 華,霰學會,沈璐毅
(江南大學教育部輕工過程先進控制重點實驗室,江蘇無錫 214122)
摘 要:聚丙烯生產過程受內部放熱反應及入料溫度等影響,具有時滯、大慣性和動態不確定的特點,基于離散自抗擾控制技術(ADRCActiveDisturbanceRejectionControl),通過參數整定跟蹤微分器和擴張狀態觀測器,合理安排過渡過程并估計擾動,利用誤差信號設計非線性反饋控制律,以實現聚丙烯反應釜的溫度控制。較后借助MPCE實驗裝置,采用SIMATIC PCS7控制器進行溫度控制及干擾和變負荷實驗,不同工況下的實驗結果表明該方法具有很好的適應性和魯棒性,且同等工況下的動態性能優于傳統PID控制方法。
關 鍵 詞:自抗擾控制;聚丙烯;溫度控制;PCS7
1 引 言
工業聚丙烯反應是一類重要的間歇生產過程,其過程工藝復雜,具有大滯后、時變和不確定等特性[1],為滿足當今對節能降耗的要求,很多先進控制被提出用于該過程:如混合遺傳算法[2]、模型分解預測控制[3]、神經網絡內模控制算法[4]、反饋線性化方法[5]等。但這些方法都需要獲知系統的精確數學模型,而機理建模方法涉及物料平衡、能量守恒和化學反應過程等一系列問題,實際中很難得到具體模型;文獻[6,7]所用方法基于對對象模型的估計建模,無法保證模型的精確度;文獻[8]基于PID的變論域模糊控制方法,提高了模糊值的自適應能力,但其參數的模糊整定復雜,不利于實際的推廣使用,因此上述先進算法的實用性受到很大限制。
本文以聚合反應釜為對象,設計了基于離散自抗擾控制的溫度控制系統,在不同工況下與傳統PID控制的控制效果對比,表明了自抗擾算法的優越性和有效性。
2 自抗擾控制原理
自抗擾控制是一種基于傳統PID控制,運用特殊非線性效應而提出的新型實用技術,該算法不依賴于對象的精確模型。通過前饋方法補償系統內外的總擾動,特別適于對不確定對象的控制[9]。自抗擾控制器主要由跟蹤微分器(TDtracking differentiator)、擴張狀態觀測器(ESOextendedstate observer)和非線性誤差反饋控制律三部分構成[10],以二階對象為例,其結構,如圖1所示。
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