【導(dǎo)讀】自動(dòng)控制，提高粉末效率勢(shì)在必行；球磨機(jī)系統(tǒng)具有多變量、強(qiáng)耦合、非線性等特性。以上兩點(diǎn)使得磨機(jī)負(fù)荷控制成為水泥過程的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題。目前國(guó)內(nèi)磨機(jī)負(fù)荷控制

　　

【正文】 生、發(fā)展和完善。首先將計(jì)算機(jī)直接直接應(yīng)用于過程控制系統(tǒng)的思想產(chǎn) 生于 20 世紀(jì) 50 年代前后。當(dāng)時(shí)由美國(guó)湯姆森拉默伍爾里奇航空公司和德克薩柯公司的工程師們對(duì)美國(guó)德克薩斯州的波特阿薩煉油廠的一臺(tái)聚合裝置，將計(jì)算機(jī)直接應(yīng)用于工業(yè)控制的可行性問題展開了 30 年工程的研究。 預(yù)測(cè)控制的主要目的是解決大延時(shí)系統(tǒng)的控制問題。將球磨機(jī)的傳遞函數(shù)矩陣轉(zhuǎn)換成脈沖響應(yīng)矩陣，根據(jù)系統(tǒng)的現(xiàn)在時(shí)刻和過去時(shí)刻的控制輸入預(yù)測(cè)系統(tǒng)輸出的未來值，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)控制。獲取預(yù)測(cè)傳遞函數(shù)是預(yù)測(cè)控制的難點(diǎn)，特別對(duì)于像球磨機(jī)這樣的一個(gè)事變對(duì)象，將預(yù)測(cè)控制和其他智能預(yù)控制方法相結(jié)合是解決球磨機(jī)這樣一個(gè)復(fù)雜對(duì)象的研究途徑 。 模型算法（ MAC）控制 主要包括內(nèi)部模型、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化和參數(shù)輸入軌跡等幾個(gè)部分。它采用基于脈沖響應(yīng)的非參數(shù)模型作為內(nèi)部模型，用過去和未來的輸入輸出狀態(tài)，根據(jù)內(nèi)部模型，預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來的輸出狀態(tài)。經(jīng)過用模型輸出誤差進(jìn)行反饋校正以后，再與參考軌跡進(jìn)行比較，應(yīng)用二次型性能指標(biāo)進(jìn)行滾動(dòng)、優(yōu)化，然后再計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻加于系統(tǒng)的控制，完成整個(gè)動(dòng)作循環(huán) 。 預(yù)測(cè)控制理論特點(diǎn) 預(yù)測(cè)模型 預(yù)測(cè)是對(duì)事物或現(xiàn)象將要發(fā)生的或目前不明確的情況進(jìn)行預(yù)先的估計(jì)和推測(cè)。預(yù)測(cè)要有一定的科學(xué)依據(jù)，其建立在對(duì)事物歷史與現(xiàn)狀的調(diào) 查上，建立在對(duì)有關(guān)主要因素分析的基礎(chǔ)上。 系統(tǒng)預(yù)測(cè)就是根據(jù)系統(tǒng)發(fā)展變化的實(shí)際數(shù)據(jù)和歷史資料，運(yùn)用科學(xué)的理論、方法和各種經(jīng)驗(yàn)、判斷、知識(shí)，去推測(cè)、估計(jì)、分析事物在未來一定時(shí)期內(nèi)可能發(fā)生變化的情況。 其實(shí)質(zhì)就是充分分析、理解待測(cè)系統(tǒng)及其有關(guān)主要因素的變化過程，以便找出系統(tǒng)發(fā)展變化的固有規(guī)律，根據(jù)過去與現(xiàn)在估計(jì)未來，根據(jù)已知預(yù)測(cè)未知，從而推斷該系統(tǒng)的未來的發(fā)展?fàn)顩r。 辨識(shí)系統(tǒng)模型是實(shí)施預(yù)測(cè)控制的必須步驟，因此預(yù)測(cè)控制是建立在模型辨識(shí)基礎(chǔ)上的，辨識(shí)出來的模型才算是預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型最最根本的特征就是能夠預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來 輸出的特性，通過設(shè)計(jì)不同的控制策略作用和預(yù)測(cè)模型就能得到不同的控制結(jié)果，這些預(yù)測(cè)結(jié)果可以作為評(píng)判預(yù)測(cè)模型的標(biāo)準(zhǔn)，從而提供選擇模型的方法。 由于預(yù)測(cè)的對(duì)象、時(shí)間、范圍、性質(zhì)等不同，預(yù)測(cè)方法可以形成不同的分類，但可根據(jù)方法本身的性質(zhì)特點(diǎn)將預(yù)測(cè)方法分為三類。 (1) 定性預(yù)測(cè)方法 根據(jù)人們對(duì)系統(tǒng)了解的經(jīng)驗(yàn)、判斷、直覺進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中以人的邏輯判斷為主，濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 僅要求提供系統(tǒng)發(fā)展的方向、狀態(tài)、形勢(shì)等定性結(jié)果。該方法適用于缺乏歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)對(duì)象，利用諸如市場(chǎng)調(diào)查、專家打分、主觀評(píng)價(jià)等作出預(yù)測(cè)。 (2) 時(shí)間序列分析 根據(jù)系 統(tǒng)控制對(duì)象隨時(shí)間變化的歷史資料，只考慮系統(tǒng)變量隨時(shí)間變化的規(guī)律，對(duì)系統(tǒng)未來的表現(xiàn)進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。主要包括移動(dòng)平均法、指數(shù)平滑法、趨勢(shì)外推法等預(yù)測(cè)方法。該方法適于利用簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)研究對(duì)象隨時(shí)間變化的趨勢(shì)，例如企業(yè)的總產(chǎn)值、城市的用電量及地區(qū)的降雨量等。 (3) 因果關(guān)系預(yù)測(cè) 系統(tǒng)變量之間存在某種前因后果關(guān)系，找出影響其結(jié)果的幾種因素，建立因果的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)因素變量的變化預(yù)測(cè)處結(jié)果變量的變化，既以預(yù)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的方向來確定具體的數(shù)值變化規(guī)律。一般因果關(guān)系模型中的因變量與自變量在時(shí)間上是同步的。其模型主要包括時(shí) 間序列分析、線性回歸分析、概率統(tǒng)計(jì)方法、計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方法。 滾動(dòng)優(yōu)化 預(yù)測(cè)控制的核心就是在運(yùn)算每一步時(shí)能進(jìn)行步步優(yōu)化的動(dòng)作，優(yōu)化是指在某一時(shí)刻的性能指標(biāo)能夠達(dá)到最優(yōu)值，通常情況下選擇系統(tǒng)未來輸出在采樣時(shí)刻與設(shè)定值之間的方差為最小，還有應(yīng)用更廣泛的形式。與傳統(tǒng)的離散最優(yōu)控制相比，預(yù)測(cè)控制采用一種有限時(shí)間段的優(yōu)化，并且在每一個(gè)采樣時(shí)刻都會(huì)進(jìn)行優(yōu)化，到下一時(shí)刻優(yōu)化時(shí)段也向前推移。因此，預(yù)測(cè)控制是針對(duì)局部最優(yōu)來設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的，在不同時(shí)刻優(yōu)化性能指標(biāo)的相對(duì)形式是相同的，而 包含的時(shí)間區(qū)域是不同的。 反饋校正 在采樣的每一時(shí)刻，當(dāng)優(yōu)化完成后會(huì)得出一系列的控制輸出量，但是為了防止模型輸出只因模型失調(diào)和環(huán)境干擾引起的對(duì)理想輸出值的偏離，預(yù)測(cè)控制一般是不會(huì)全部實(shí)施這些控制量的。到下一時(shí)刻先檢測(cè)對(duì)象的實(shí)際輸出，并用這一實(shí)測(cè)信息對(duì)基于模型的預(yù)測(cè)控制修正。預(yù)測(cè)控制是通過把當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)際輸出與模型輸出做差值，然后再把差值作為未來時(shí)刻的誤差用來完成對(duì)模型的校正，不論采用什么校正方式，預(yù)測(cè)控制都利用了模型和實(shí)時(shí)的反饋信息，因而構(gòu)成了閉環(huán)優(yōu)化。 預(yù)測(cè)控制理論算法 模型 算法控制 模型算法控制（ MAC）又稱作模型預(yù)測(cè)啟發(fā)控制（ MPHC），是預(yù)測(cè)控制的一類經(jīng)典算法，是由梅拉和理查勒特等人在 70 年代后期提出的另類預(yù)測(cè)控制算法。這種算法已經(jīng)在美、法等國(guó)家的許多工業(yè)過程的控制中取得了明顯的成效，受到了過程控制界的廣泛重視。它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由參考輸入、滾動(dòng)優(yōu)化、預(yù)測(cè)模型和閉環(huán)預(yù)測(cè)四部分組成。圖 為模型算法控制系統(tǒng)原理圖。 與 DMC 相同， MAC 也適用于漸進(jìn)穩(wěn)定的線性對(duì)象，但是其設(shè)計(jì)前提不是對(duì)象的階躍響應(yīng)而是脈沖相應(yīng)。受控多變量系統(tǒng)可表達(dá)為脈沖響應(yīng)模型，并且可采用參考軌跡來規(guī)范系 統(tǒng)閉環(huán)行為。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 模型算法控制系統(tǒng)原理圖 動(dòng)態(tài)矩陣控制 自 1974 年開始，動(dòng)態(tài)矩陣控制就被美國(guó)殼牌石油公司作為一種約束的多變量?jī)?yōu)化控制算法所應(yīng)用。 1979 年卡特勒等人在美國(guó)化工年會(huì)上首次介紹了著一種算法。幾十年來，這種算法已經(jīng)在石油、化工等部門的過程控制中取得了成功的應(yīng)用。 圖 為動(dòng)態(tài)矩陣控制簡(jiǎn)圖。動(dòng)態(tài)矩陣算法是一種基于對(duì)象是階躍響應(yīng)的預(yù)測(cè)控制算法，他是用于漸進(jìn)穩(wěn)定的線性對(duì)象?？梢詫?duì)于非線性對(duì)象在工作點(diǎn)處先線性化；對(duì)于不穩(wěn)定對(duì)象可以先用常規(guī) PID 控制使其穩(wěn)定，然后再 進(jìn)行 DMC 算法。 圖 動(dòng)態(tài)矩陣控制 廣義預(yù)測(cè)控制 廣義預(yù)測(cè)控制（ GPC）是在自適應(yīng)控制的研究中逐漸發(fā)展起來的一種算法。在過去的幾十年里，自校正控制技術(shù)受到了很大的重視，且提出了不少的新算法。但是他們對(duì)數(shù)學(xué)模型的精度都有一定的要求，有些算法對(duì)于滯后十分靈敏，如果滯后估計(jì)不準(zhǔn)確或者是時(shí)變的，控制精度將大大下降。另一種控制算法則對(duì)系統(tǒng)的階數(shù)十分靈敏，一旦階數(shù)估計(jì)不準(zhǔn)確算法將不能使用。這對(duì)于模型精度十分依賴。而尋找對(duì)數(shù)字模型要求較低、魯棒性強(qiáng)的自適應(yīng)控制算法，自然就成為這一領(lǐng)域中富有挑 戰(zhàn)性的意義。 作為一種自校正控制算法 GPC 是針對(duì)隨機(jī)離散系統(tǒng)提出的。與 DMC 算法相比，雖然它們?cè)跐L動(dòng)優(yōu)化的性能指標(biāo)方面有非常相似的形式，但是 GPC 的模型形式與反饋矯正策略與 DMC 都有很大差別。