引言 |
在工業(yè)控制中,許多控制過程機理復雜,滯后大,控制對象具有變結構、時變等特點。采用常規(guī)的PID控制算法,難以適應參數(shù)變化及干擾因素的影響,大都出現(xiàn)非常大超調,PID參數(shù)較難確定,不僅給調試帶來麻煩,調節(jié)的效果也不理想。目前由國外引進的某些調節(jié)儀表中,推出了許多改進型如加入抗飽和積分功能,采用自整定來協(xié)助確定PID參數(shù)及自適應技術來改進控制效果。為了克服常規(guī)PID調節(jié)的不足,提高其性能,現(xiàn)在各大儀表公司及儀表生產(chǎn)廠,都在致力于新的控制算法開發(fā)和自整定技術的探究,下面以廈門宇光電子技術研究所開發(fā)研制的AI系列儀表為例,簡述AI系列儀表中的人工智能控制算法和特點。 |
AI系列儀表中的人工智能控制算法 |
AI系列儀表中的人工智能控制算法,即對PID算法加以改進和保留,加入模糊控制算法規(guī)則,并對給定值的變化加入了前饋調節(jié)。在誤差大時,運用模糊算法進行調節(jié),以完全清理PID飽和積分現(xiàn)象,如同熟練工人進行手動調節(jié)。當誤差趨小時,采用改進后的PID算法控制輸出。其控制參數(shù)采用被控對象特征描述方式。一組(MPT)參數(shù)即可同時確定PID參數(shù)和模糊控制參數(shù)。系統(tǒng)具有無超調和高控制精度等特點。針對不穩(wěn)定的非線形復雜調節(jié)對象,表內(nèi)設有自適應調節(jié)規(guī)則,可使系統(tǒng)進一步加快響應速度,改善控制品質。針對控制參數(shù)較難確定的現(xiàn)實,表內(nèi)設有自整定相關人士系統(tǒng),可使系統(tǒng)的控制參數(shù)確定簡單,準確度提高,因此,自整定系統(tǒng)的引入,不僅使復雜勞動簡化,節(jié)約了調試時間,而且提高了控制系統(tǒng)的調節(jié)品質。 |
PDI算法的改進 |
常規(guī)PID算法構成如下: |
自適應功能 |
對于許多復雜的調節(jié)對象,例如電爐溫度控制中的電網(wǎng)電壓變化、外界干擾因素和工作環(huán)境多變等,針對有嚴重非線形的控制對象,國外儀表公司也推出了不少對策和方法。例如,日本導電公司生產(chǎn)的儀表中,采用了多組算法;歐陸和歐姆龍儀表中采用了自適應功能;KMM智能調節(jié)儀表中采用了折線模塊來適應系統(tǒng)的非線性;還有的儀表公司在儀表中采用辯識方法來提高儀表在非線性系統(tǒng)中的調節(jié)質量。 在AI系列儀表中,針對有嚴重中非線性的控制對象,選擇了自適應方式來解決。其改進的特點是:當控制偏差大于估計的誤差時,自適應系統(tǒng)不是修改MPT參數(shù)(國外儀表的自適應功能是修改控制參數(shù)),而是修改輸出值來降低誤差。雖然修改范圍有限,但不會出現(xiàn)將原來正確控制參數(shù)改錯的現(xiàn)象,使響應速度加快,使控制精度大大提高。 |
模糊控制技術 |
所謂模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機智能化數(shù)字控制方法。該方法無需建立對象的準確數(shù)學模型,并且具有適應性好,算法簡易實現(xiàn)和容易操作等特點。 在控制誤差很大時,用公式調節(jié)輸出沒有太大意義,相反容易帶來積分飽和一類的問題,即使使用MPT算法,如果控制參數(shù)設置不準,也可能出現(xiàn)積分飽和或過積分的現(xiàn)象。所以,儀表引入模糊控制規(guī)則確定輸出,將取得理想的控制效果。在誤差非常大時,儀表的PID算法沒有啟動,因此,AI儀表中的人工智能算法能夠獲得更為平滑的控制曲線。 |
相關人士自整定系統(tǒng) |
由上面可知,AI系列儀表中的人工智能控制算法,已將常規(guī)的PID控制參數(shù)改成MPT參數(shù),為了方便操作人員確定MPT參數(shù),引入了一套自整定相關人士系統(tǒng)。由于MPT參數(shù)是面向被控對象進行描述的,所以,其自適應及自整定都比常規(guī)的PID參數(shù)來的簡單,并且準確。一般情況下,如果自整定操作正確,成功率幾乎為高標準。 自整定過程是采用位式控制來進行系統(tǒng)調節(jié)的,系統(tǒng)振蕩后,根據(jù)其周期確定滯后時間參數(shù)T,根據(jù)振蕩幅度,可確定速率參數(shù)P。參數(shù)M一般不易直接確定,對于溫度,一般假設其零輸出時測量值為25℃,根據(jù)振蕩時輸出值可確定出參數(shù)M。對于線性輸入,以其刻度范圍作為M值?梢,參數(shù)P和T可以通過自整定獲得較佳值,而參數(shù)M只能是大致的。另外,如果系統(tǒng)的速率參數(shù)或滯后時間很長時,自整定也可能加大控制周期(CT1)值,以使系統(tǒng)符合實際的控制對象要求。AI系列儀表中引入相關人士自整定系統(tǒng)后,不僅降低了操作人員的勞動強度,方便了操作,而且進一步提高了控制系統(tǒng)的控制質量。 |
使用價值 |
AI系列儀表與同類進口儀表價格相差2~3倍,其性能并不遜色國外儀表。即使同國內(nèi)同類儀表相比其價格與性能也有很大優(yōu)勢。筆者靠前次用該系列儀表是1997年為哈爾濱電機股份有限公司多種事業(yè)部兩臺砂輪片燒結爐。該爐為硅碳棒電加熱爐,要求按工藝曲線程序控制,控溫精度±5℃,采用蘇州特種變壓器廠生產(chǎn)的TSH—100/0.5磁性調壓器及控制系統(tǒng)。廠家選用控溫儀表基于國外產(chǎn)品,為了降低費用,決定用AI—708P替代,該儀表為30段程序智能控制,當時售價僅1500元/臺?壳按芜\行時,啟用自整定功能,便較快的找到了較佳的MPT參數(shù),保溫時控制精度達到±1℃。理想的控制效果使得在以后儀表的選用時對AI系列儀表情有獨鐘,F(xiàn)在該類儀表在功能上又進一步,其型號也略有改變。分簡易、智能型兩大類,智能型儀表不僅具有故障自檢和參數(shù)鎖定功能,而且選用了高抗干擾和高可靠性結構,所以,系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,能及時查出故障,予以排除,大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和安全性。 |