自適應前饋控制

基本介紹

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背景

自適應濾波器自適應控制系統

簡介

前饋控制

不變性原理前饋控制系統

預先控制同期控制事後控制

計畫評審法

庫存儲備量

在企業管理控制活動中，前饋控制的內容包括對人力資源、原材料、資金等的前饋控制。比如，人力資源必須適應任務要求，數量和素質方面有能力完成指派的任務，並控制機構臃腫，人浮於事的現象，利用統計抽樣來控制原料質量，根據抽樣不合格率決定接受或退貨，根據庫存理論控制庫存儲備量等。

流程工業中的前饋控制基本原理：測量進入過程的干擾量（包括外界干擾和設定值變化），並根據干擾的測量值產生合適的控制作用來改變控制量，使控制維持在設定值上。圖1為換熱器的前饋控制

圖1

自適應前饋控制系統

單純的前饋控制是開環的，是按擾動進行補償的，因此根據一種擾動設定的前饋控制就只能克服這一擾動對被控變數的影響，而對於其他擾動對被控變數的影響，由於這個前饋控制器無法感受到，也就無能為力了。所以在實際工業過程中單獨使用前饋控制很難達到工藝要求，因此為了克服其他擾動對被控變數的影響，就必須將前饋控制和反饋控制結合起來，構成前饋反饋控制系統。

圖2

前饋反饋控制系統有兩種結構形式，一種是前饋控制作用與反饋控制作用相乘，如圖2所示的精餾塔出口溫度的進料前饋反饋控制系統；另一種是前饋控制作用與反饋控制作用相加，這是前饋反饋控制系統中最典型的結構形式，如圖3所示的加熱爐出口溫度的進料前饋反饋控制系統。

圖3

採用自適應前饋控制系統的條件

採用前饋控制系統的條件是：

1、擾動可測但是不可控。

2、變化頻繁且變化幅度大的擾動。

3、擾動對被控變數的影響顯著，反饋控制難以及時克服，且過程控制精度要求又十分嚴格的情況。

實施

1）對計畫與控制系統作認真深入的分析；

2）建立該系統的物理模型或因果關係分析圖；

3）隨時對上述模型進行補充、修正、完善、使之更符合實際；

4）通過調查、預測，把變化的環境參數輸入模型中，觀查、分析其影響及偏差信息；

5）根據事前的備選方案，結合實際情況，採取相應的糾編措施。

要求

一是要有大量的、準確的、有代表性的信息以便準確預測；

二是要有科學的、經過實踐檢驗的預測模型；

三是要充分了解控制過程並將其透視為“白箱”的能力；

四是要對過程變化高度敏感；

五是保持前饋控制模型的動態特性。這些因素在控制實務上具有一定的難度，因而，前饋控制是有風險的。

設計

穩定迴路控制器可以套用H₂， H∞和模糊控制等常見的綜合方法設計，針對外部擾動可以套用前饋補償或者擾動觀測的方式比，提高穩定性能。為重點說明前饋控制設計，反饋控制迴路採用經典頻域迴路成型方法設計而忽略提高穩定性能的其它措施。簡化的反饋控制迴路結構如圖4所示。

圖4

自適應前饋控制的結構框圖如圖5所示。其中，為有限衝擊回響濾波器實現的前饋補償器，為保證反饋控制迴路具有ShannonBode逆解的延遲環節。算法通過自適應濾波器線上建模反饋控制迴路的逆模型，形成反饋控制迴路的前饋指令。理想情況下，指令r到輸出y具有全通特性，自適應前饋控制與反饋控制迴路構成2自由度控制結構。

圖5

圖6所示為M階自適應RLS濾波器的結構。

圖6