自适应控制技术简介

自适应控制技术

自适应控制系统最早在航空方面首先得到了应用。这是由于飞机的动力学特性决定于许多的环境因素和结构参数，例如随着飞机飞行的高度和速度的不同，飞机的动力学参数可能在相当大的范围内变化，要使飞机在整个飞行高度与速度范围内保证控制的高质量。依靠经典的控制理论是难以解决的，为了解决上述自动控制所面临的问题，在五十年代末期，美国麻省理工学院的Whitaker教授首先提出并设计了模型参考自适应控制的方案，经模拟研究和飞行实验表明，在飞机正常速度下，该模型参考自适应控制系统具有满意的性能。但是限于当时计算机的技术和控制理论的发展水平，这一自适应控制技术的成果未能得到迅速的发展和推广。随着计算机技术和控制理论发展水平的不断提高，特别使由于航空航天事业的迅速发展的需要，目前，自适应控制在航空航天方面亦取得了相应的发展和应用。 随着计算机技术的发展和理论的不断完善，自适应控制技术的推广应用将不断发展，这种控制技术不但用于各工业部门，例如在航海方面，在化工过程、钢铁和冶金工业方面，在电力拖动方面，近年来还推广应用于非工业部门，例如生物医学部门。但就现有的关于应用方面的报导来看，自适应控制技术主要用于过程较慢的系统和特性变化速度不很快的对象。但可以相信，随着理论的不断完善和计算机技术的迅速提高，自适应控制的应用将会愈来愈广泛，而收敛则愈来愈大。

自适应控制技术

在日常生活中，所谓自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。因此，直观地讲，自适应控制器应当是这样一种控制器，它能修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性的变化。 自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。 任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示。这些扰动通常是不可预测的。此外，还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优，这就是自适应控制所要研究解决的问题。 自适应控制和常规的反馈控制和最优控制一样，也是一种基于数学模型的控制方法，所不同的只是自适应控制所依据的关于模型和扰动的先验知识比较少，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。具体地说，可以依据对象的输入输出数据，不断地辨识模型参数，这个过程称为系统的在线辩识。随着生产过程的不断进行，通过在线辩识，模型会变得越来越准确，越来越接近于实际。既然模型在不断的改进，显然，基于这种模型综合出来的控制作用也将随之不断的改进。在这个意义下，控制系统具有一定的适应能力。比如说，当系统在设计阶段，由于对象特性的初始信息比较缺乏，系统在刚开始投入运行时可能性能不理想，但是只要经过一段时间的运行，通过在线辩识和控制以后，控制系统逐渐适应，最终将自身调整到一个满意的工作状态。再比如某些控制对象，其特性可能在运行过程中要发生较大的变化，但通过在线辩识和改变控制器参数，系统也能逐渐适应。 常规的反馈控制系统对于系统内部特性的变化和外部扰动的影响都具有一定的抑制能力， 但是由于控制器参数是固定的，所以当系统内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常常会大幅度下降，甚至是不稳定。所以对那些对象特性或扰动特性变化范围很大，同时又要求经常保持高性能指标的一类系统，采取自适应控制是合适的。但是同时也应当指出，自适应控制比常规反馈控制要复杂的多，成本也高的多，因此只是在用常规反馈达不到所期望的性能时，才会考虑采用。

在CNC机床上应用

自适应控制技术应用

采用ACM技术优化了金属切削CNC加工过程，提高了加工效率。轮廓铣削省时约38%；铣槽省时约34%；3D铣面省时约37%；钻孔省时约28%。典型的实际应用技术优化了金属切削加工中的特色。 如何提高金属切削数控机床的加工效率，充分利用机床主轴最大转速、最大负载和轴最大进给速率,加工材质、切削量多变的工件,同时又能自动保护机床和主轴系统,保护较昂贵的进口刀具,这已经越来越受到终端用户和机床制造厂家关注的问题之一。以色列OMAT公司的ACM自适应控制监控系统正是为了适应这种要求，从控制角度为解决该问题提出的理想方案。 OMAT公司ACM作为西门子840D数控系统的重要选件，可以提供多种版本形式，外装式ACM装置、纯软件集成式ACM、PC卡软硬件混合式ACM和单元软硬件混合式ACM。其中，第一种软硬件均做在ACM装置中，外部接线多，但不受数控系统和主轴驱动器的限制，主要针对老系统和不能安装集成ACM系统的机床用。第2、第3种是软件为主的ACM系统，极少或无外部接线，但是受非出口型数控系统限制，要求系统软件版本高，目前在出口到国内的840D系统中难以实现。因此我们在与OMAT公司合作中选用了第4种版本的ACM系统。 ·ACM控制单元：数字量输出至840D系统的NCU，模拟量输入信号来自OMAT功率传感器模块。ACM测量采集的主轴功率信号通过SINUMERIK RS232 串口与CNC的PC部分通讯。 ·ACM实时控制软件：集成在ACM控制单元的微处理器中。 ·ACM用户画面接口：Windows用户图形界面用于配置和监控自适应控制过程。 ACM是一个实时自适应控制系统，实时采样机床主轴负载变化，据此自动调节机床进给率至最佳值。并且时实监视记录主轴切削负载、进给率变化，刀具磨损量等加工参数，并输出图形、数据至Windows用户图形界面。这些数据还可以存储在硬盘供以后查阅存档。 安装与调试 1．硬件安装 原理图见图2所示，主轴功率经OMAT LA55-P型电流互感器测量，功率转换器放大后，由9芯插头输入至ACM控制单元；进给修调数字量信号输入至PLC输入模块；ACM控制单元与PCU50（用户操作接口）由RS232串口通信连接。此外还有以下控制信号：ACM激活后给PLC的输入信号；ACM出现故障进给保持信号；以及PLC报警使ACM产生复位的ACM RESET信号。 2．PLC软件编程 （1）下载OMAT标准PLC控制程序FB30并在OB1中调用： CALL FB30 “OMAT_CYCLIC FB” ACMFEEDOUT := IB40 //来自ACM的进给修调信号 ACMFEEDOUT := I40.6 //来自ACM的报警进给保持信号 ACMFEEDOUT := I40.7 //来自ACM的激活信号 ACMFEEDOUT := T10 //来自ACM的激活延时信号 （2）局部修改西门子标准MCP（机床控制面板）管理子程序FC19： U DB50.DBX11.0 "OMAT_CYCLIC FB_IDB". ACMALARMOUT //PLC报警信号 R≠#MST_Inp23 [ 0 ] "NC_STOP" //使NC停止 （3）编程NC报警文本程序（程序略） （4）修改机床参数：MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE=1.3 MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE=1.4 MD12030 OVER_FACTOR_FEEDRATE=1.5

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3．ACM用户图形界面PC软件安装 （1）在F:>\OEM下创建OPMS新目录 （2）将OMAT软盘上的下列文件拷入新建目录F:>\OEM\OPMS ·OPMS.MDI ·OPMS.ZUS （3）将文件025_GR.DLL和025_UK.DLL拷贝到F:>\OEM\LANGUAGE； 打开文件RE_GR.INI和RE_UK.INI插入语句：HSKT=“OMATIVE ACM” （4）打开F:>\OEM下的文件REGIE.INI插入语句： TASK=NAME：=OPMS，TimeOut=6000 （5）拷贝OPMS.INI到F:>\OEM；拷贝OPMS.EXE到F:>\HMI_ADV （6）安装结束后重新启动西门子HMI。 运行OMAT ACM系统 ACM PC软件安装完毕，在西门子840D系统主菜单增加名为OMAT ACM的软键，按此键进入ACM主画面，主画面显示下列信息。ACM运行方式，3种方式选其中之一。状态监视，过载、运行、主轴、在线/离线等状态。主轴功率和进给率是实时变化曲线及数值。当前运行值，参考编号、零件编号、开始加工时间、运行耗时、切削工件耗时、节约用时（%）、最小进给率（%）、最大进给率（%）、当前修调值（%）。 ACM工作模式： ACM启动/停止方式：通过NC程序H功能自动或者手动启动/停止运行。 切削参数输入方式：切削参数如，刀具类型、齿数、工件材料、切削量（深度）和速度可以手动（Preset）或者在学习（Learn）方式自动记录切削参数，然后在学习后（by learn）方式按照记录参数，监控机床运行。 ACM运行方式： 进给控制方式：ACM连续测量主轴负载并且实时自动调节进给率，出现过载则发出报警停止机床。 监控方式：ACM连续测量主轴负载但不调节进给率，有两种监控模式供选择—最大负载监控或负载允差监控。 事件记录方式：在此方式ACM只是将动态切削数据存储在系统存储器中，不做输出处理。 OMAT ACM的特色和效果 传统金属加工刀具断裂不可检测和控制、刀具磨损靠手动监视、效率低，而OMAT ACM系统的自适应控制技术对传统加工技术提出了挑战，优化了金属切削CNC加工过程，提高了加工效率。典型应用统计：轮廓铣削省时约38%；铣槽省时约34%；3D铣面省时约37%；钻孔省时约28%。并且具有下列保护功能：铣刀断裂保护（报警并停机防止工件及后续刀具损坏）；深孔钻刀具断裂保护（报警并停机）；刀具磨损监控（数字显示磨损量）；主轴过载保护（报警或停机）。 正是由于OMAT ACM独特的自适应控制技术，效果显著的实用性，国外许多著名公司如Siemens AG、 Turbinenwerke、 Chevron Aerospace、Boeing、General Electric、Mitsubishi Motors, ToshibaGE 和Toyota Motors等公司都已大量使用，取得了明显的效果。 交大昆机科技股份有限公司与以色列OMAT公司合作，成功地将单元软硬件混合式ACM系统集成安装于产品机床THM4680卧式加工中心的840D系统上，还做了大面工件切削对比实验，切削效率提高约33%。ACM的机床负载量化控制以及对刀具、主轴的安全保护功能，使得操作者放心最大限度的满负荷使用机床，而又不至于对机床造成伤害。这尤其适用于面切削、加工铸钢等硬质材料、模具加工业、深孔钻削、使用高价进口刀具等用户。国内航空航天、纺织、家电等行业的知名企业也率先正在陆续使用该产品。相信随着数控加工技术、高速切削等先进金属加工理念在国内企业的普及应用，自适应加工技术一定会得到广泛应用。

在工业污水处理系统中应用

自适应控制技术应用

采用无模型自适应控制技术对乙烯装置污水处理系统进行PH值控制，可以控制污水排放质量，满足环保要求，并达到稳定生产，节能降耗的目的。实践证明该控制技术对PH 大滞后系统有很强的控制能力。 近年来，随着社会的不断进步，国际社会越来越深刻的认识到，环境保护对于人类可持续性发展的重要性。我们国家也把环境保护作为一项长期的国策，不断加大环保治理的力度，提高环保水平，同时出台了一系列有关的法律法规。这就要求我们要不断采用新工艺和新技术对工业三废进行有效的处理，以达到日益严格的环保指标。 1、无模型自适应控制方案 由PH 大滞后的特性叠加在该系统上，使控制算法相互矛盾，使问题的解决更加困难，简单的采用传统的控制手段是无法解决问题。为保证调节效果，方案使用了无模型自适应（MFA）控制技术。 1）简介无模型自适应控制技术 MFA控制是自动控制领域中一种全新的理论和技术，它为解决工业过程中的复杂回路控制问题提出了新颖而有效的理念和方法。MFA控制技术是与PID和自整定PID、模糊控制、神经网络、专家系统控制等流行方式是完全不同的。 MFA技术的关键可以归纳为：⑴所有过程的信息都已包含在输入输出的信号中，只是以往采用传统的控制方法缺乏有效提取这些信息并加以利用的手段；⑵通过无事先训练的快速强制学习等方式，使MFA控制器能够准确把握过程对象当前的特征，产生更合理的对策，从而获得理想的调节控制结果。 MFA控制技术具有稳定性证明，对于开环稳定的线性与非线性过程对象的适用性在理论上得到确认。 MFA控制技术主要的应用范围：非线形（包括PH）、大滞后、强耦合和时变采用传统控制手段难以控制的过程。 MFA控制技术对于PH 大滞后过程有其独特的技术特点： ―仅需大致估计滴定曲线的折点和滞后时间，MFA就可以有效地控制 －有效控制流入速率和PH的变化，滴定曲线移动，及其他不确定性 －自适应并补偿大的增益改变 在一般的应用场合建立MFA(PH)模块控制器后，利用其默认值就可以得到比较稳定的投运效果。 简单的PH 模块可以抵抗τ/TT>2 时可将MFA的Time-Varying 模块设为Enable，然后估计出最大和最小的滞后时间，填入模块参数表就可以得到满意的控制效果。 2）控制目标 该控制将达到以下控制目标： ⑴将污水排放值控制在6.5～7.5 之间。使污水排放控制在合格的范围内。防止污水排放超标，稳定生产。 ⑵减少控制系统的超调量，减少中和酸的注入量，达到节能降耗的目的。 ⑶增强系统的抗干扰能力，使系统即使在大的干扰出现的时候，仍然能够保持稳定，且能够快速收敛；

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2、无模型自适应控制方案实施 ⑴控制器选择CyboCon CE。该控制器是美国博软公司将无模型自适应(MFA)控制技术与Microsoft Windows CE 实时操作系统结合起来，嵌入GEFanuc公司的FC2000工业平台，是一种即插即用式，功能强大的一体化先进控制器。可以通过其自带的I/O通道直接与一次仪表连接；触摸屏完成控制组态和调节趋势显示；内置的控制逻辑算法实现连续、间歇控制逻辑的组态， ⑵考虑到污水池油污较多，经常污染PH计探头，造成PH值偏离实际值，无法满足控制需要。所以采用了德国产带有憎污PTFE隔膜的ph探头。经过安装、调试、使用发现，该PH计测量准确，有很强的抗油污能力，能够满足控制需要。 ⑶为实现连续控制，在P4泵上安装了变频器。该变频器接受MFA控制器的输出信号。对控制对象实现连续控制。 ⑷考虑到污水处理过程中污水的碱性和流量有较大的变化，而变频调速技术有其应用的限制，即当输出频率低于工频的20%时，电机较易发热，这就意味着最大与最小处理能力的比值不能超过5。但现场工况的考察结果表明，这样的处理能力是远远不够的。方案选择了双泵工作方案，即P4泵做常稳态的连续调节，并限制其不在工频的20%以下工作，必要时可关闭该泵；P3泵作为P4泵的补充，在P4泵的能力不够时开启。 设计中必须考虑一套控制逻辑实现上述目的。初步设计利用CyboCon CE的逻辑模块组成控制逻辑。其主要原理是：在设定值的上下各设一个带，形成PH值的上下限，上限与变频器输出频率构成逻辑控制P3泵的启停，下限与变频器的输出频率过程逻辑控制P4泵的启停，中间作为连续调节区。 考虑防止P3、P4泵在上下限处频繁启停，损坏设备，在上下限处各增设一条宽为0.1的死区。 P4泵的控制逻辑如下： DO=(是否位于死区？) AND (DO) OR(PV≤下限) ⑸由CyboCon CE输出DO信号作为HeartBeating信号，接至指示灯，反映CyboCon CE的运行状态。指示灯闪烁，表示MFA正常；指示灯停止闪烁，表示MFA异常。 3、系统投运的效果 正常状况下系统实现了连续排放，排放值为PH=7.0±0.15。 在最大流量废碱外排的冲击状况下，P4泵接近满流量输出，PH值继续上升至8.5时，CyboCon CE自动启动P3泵补充加酸量，当PH值下降至8.4时P3泵停止，随后PH值在7～9之间波动。冲击停止后，系统自动恢复正常状况。 在小流量低碱的情况下，P3泵在最低保护流量输出，PH值下降至6.5时，CyboCon CE 自动停止P4加酸泵。当PH值回升至6.6时，P4泵启动，随后PH值在6～7之间波动。废水流量提高后，系统自动恢复正常状况。 在控制过程中，控制器始终处于自动状态，具有较强的鲁棒性。

在通信领域的应用

自适应控制技术应用

在短波自适应通信系统中，自适应控制器是系统的指挥中心，是系统成败的关键。自适应控制系统是一种特殊的非线性控制系统，系统本身的特性(结构和参数)、环境及干扰特性存在某种不确定性。在系统运行期间，系统本身只能在线地积累有关信息，进行系统结构有关参数的修正和控制，使系统处于所要求的最佳状态。 因为短波信道是一种极不稳定的时变信道，所以短波自适应系统属于随机自适应控制系统。通常，随机自适应控制系统是由被测对象、辨识器和控制器三部分组成的。辨识器根据系统输入/输出数据进行采样后，辨识出被测对象参数，根据系统运行的数据及一定的辨识算法，实时计算被控对象未知参数的估值和未知状态的估值，再根据事先选定的性能指标，综合出相应的控制作用。由于控制作用是根据这些变化着的环境及系统的数据不断辨识、不断综合出新的规律，因此系统具有一定的适应能力。目前，参数估计和状态估算的方法很多，最优控制算法也很多，因而组成相应的随机自适应控制系统也是非常灵活的。 某自适应通信系统的自适应控制器功能的实现主要由显示控制板、信息处理板、音频接口板和调制/解调器板完成。 信息处理板完成自动线路建立(ALE)的功能，软件设计完全依据短波自适应通信系统自动线路的建立规程。信息处理板主要分为两个部分，每个部分由一个独立的处理器控制，即主CPU部分和从CPU部分。主CPU部分处理外部控制单元的控制信号，井实现对电台的设置，以及控制终端的输入/输出和对电台的控制、存储和调用LQA信息等。从 CPU(TMS320C25)完成线路信号质量的分析，并对发送的信号进行编码，对接收的信号进行解码。信号质量由误码率(SER)、信纳德(SINAD)和多径(MP)等评价参数来表征，这些参数被存储起来作为单向ALE判决或与其他台站交换后作为双向ALE判决，经与主CPU交换后储存在存储器中。另外，呼叫时接收到的命令代码经DSP解码后送到主CPU，主CPU解释命令代码后执行相应的操作。从CPU处理从主CPU接收到的ALE命令信息后，进行格雷编码和交织，每个ALE字通过重复发送来减少衰减、干扰和噪声的影响。ALE信号结构都由DSP编码实现，通过D/A转换后经接口板调整输出到发射机，接收到的ALE信号也从接口板输入经A/D转换后送到DSP解调，取出信号传送的质量表征值，同时去交织和解码后的基本ALE字经双端口存储器送到CPU，主控CPU按ALE标准做出解释，并决定通信的进程和效果。 音频接口部分主要对音频信号进行处理，包括自适应呼叫时自适应音频的调整、放大，远程遥控发射机PTT音频的产生、调整、放大，独立边带音频输入经过调整、放大后上遥控线路，以及话音的压扩、调整、放大。同时，信息处理板与显示控制板之间的信号交换也在音频接口板进行。自适应呼叫时的ALE PTT控制、面板送话器PTT控制、面板电键 KEY PTT控制经过音频接口板后，由PTT OUT输出，可实现对本地发射机的PTT控制。 在短波自适应通信系统中，随着自适应功能不断增强，控制的参数也不断增加，辨识器的功能和形式也逐渐增多，控制能力势必要增大，因此自适应控制器也相应地复杂起来，这就需要自适应设计者统观全局、综合分析，以尽可能减少被测对象，简单可行而又有效的辨识方法，获得尽可能多的自适应控制能力。

在玻璃窑炉控制中的应用

自适应控制技术应用

1、问题的提出 玻璃窑炉是玻璃制品生产行业的关键设施，其生产玻璃的质量决定了玻璃制品的产量、质量和生产效能。玻璃窑炉有一个极其复杂的温度场，在进行生产时不但各处温度不同，而且同一处温度也会随时间而变化。影响窑炉玻璃温度的因素有环境温度、加料速度和数量、熔化池内部压力（负压或正压）、熔融玻璃的液位、燃烧室燃料的质量等。而熔化池和料道的温度控制是玻璃窑炉控制的关键因素。从控制的角度来看，玻璃窑炉的控制是一个“灰箱”问题，即无法确定所掌握的过程知识的精确程度。目前广泛应用的传统PID控制效果不好，经常出现系统失控问题。 2、过程参数分析 熔化池不仅要有足够高的温度以保证玻璃原料的熔化、澄清和均化，还要有一定的温度梯度，以促进玻璃液的流动、加速熔化和均化。同时，料道温度要十分稳定，以保证玻璃制品的生产质量。窑炉的控制参数包括温度、压力、液位、物料等，控制对象包括电控阀门、风机、电机等。这些参数是相互关联的，如加料的速度和数量直接影响到熔化池内部的液位值、各区的温度值；熔化池内部压力又会影响到燃料的燃烧效率从而影响温度值。对于单个参数，如温度控制，在连续作业的窑炉中，不同区域应保持不同温度设定值。由于以上原因，使用二型或三型仪表的单回路PID控制器对具体参数进行分区控制的效果不够理想，各控制器之间没有相互联系，各参数的变化无法沟通，对于温度控制这种大时间延迟的系统来说，一旦前区温度、压力、液位、加料量等参数发生较大变化时，料道控制器对料道温度的控制将无能为力，这将直接造成废品率上升，带来巨大的损失。因此窑炉的控制是一个复杂的控制系统，表现在： （1）过程参数的时变性：熔化池的主要参数温度、液位、加料量、压力参数都随时间波动。例如在对温度极其敏感的料道区，前区温度的滞后以及电控阀门的开度变化和燃料管道压力的变化之间存在时间差，使得控制参数在超出一定的调节范围时，PID控制系统可能失控。 （2）负荷变化大：由于环境温度的变化和加料时产生的温度冲击，使得熔化池内温度负荷波动很大。另外，因燃料流量波动或管道压力变化而产生的热值变化给温度控制回路带来了很大的扰动。 （3）多点温度的关联控制：玻璃窑炉的燃烧室、熔化池、供料道等需要有不同的温度点，各温度点的控制是相互关联的。由于各区域之间相互影响，使用单输入单输出（SISO）控制器很难有效地控制这种多输入多输出（MIMO）的过程。 （4）参数的非线性：加料过程带来的冲击、燃气的流量和压力的变化、控制器执行机构（传感器、变送器、电气转换装置和阀门的开闭）延时和非线性变化的累积，造成整个系统的参数的非线性。PID控制或基于模型的控制器能在系统参数正常的情况下很好工作，但是一旦参数变化的范围在非线性区域就系统就失控了。

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3、解决途径 为了解决以上问题，我们采用无模型自适应控制技术(Model-Free Adaptive Control，MFA)来替代传统的PID控制方式。无模型自适应控制(MFA)技术可以用于以下特性的系统：（1）无需过程的精确的定量知识；（2）系统中不需要过程辨识机制；（3）不需要针对某一过程进行专用的控制器设计；（4）不需要复杂的手动参数调整；（5）闭环系统稳定性分析和判据能用于系统分析以确保系统的稳定性。由于这些特性，无模型自适应控制方式比原来的PID控制系统更适合玻璃窑炉控制。 MFA控制器中使用了所谓“刷新权值”的算法。即通过一些特定算法，缩小设定值和过程变量之间的偏差。这意味着当过程处于稳定状态时偏差接近零，不需要对MFA控制器的权值进行修改。 在这个系统中，MFA控制器装置由两路控制器C1、C2组成，系统中有4个子过程G11、G21、G12、G22，过程的总的输出变量y1、y2也用于主控制回路的反馈信号f1、f2。他们与设置值r1、r2比较来减少干扰d1、d2。 其中有两个子过程的输出交叉相连用来减小过程变量（在实际应用中从子过程的输出是不测量的），系统中只有输出信号y1、y2能被测量。这样，MFA控制器的输出u1、u2 与过程输出y1、y2是关联的。一个输入的变化将引起两个输出变化。

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4、窑炉的基本控制过程 按区域划分，玻璃窑炉的温度检测有小炉、熔化池和料道，其中：（1）小炉为燃料燃烧的地方，是熔化池的热力来源；（2）池炉是玻璃熔化、沉淀、澄清和均化的场所，对其温度要求是要有一定的温度梯度。由于直接为料道区提供原料，其温度的稳定对玻璃的生产有至关重要的作用，这里是窑炉控制监测的重点，至少需要三个温度检测点、一个压力检测点和一个液位检测点；（3）料道是玻璃制品生产的出口，为了保证玻璃制品的质量，料道温度控制分为三个区域，并分别有相应的温度控制点。从控制系统结构图上看，这是一个多输入多输出系统。 原有控制系统对池炉的三个温度控制点及压力只进行监测，用池炉的液位值来控制加料机的动作，即液位低于设定值时加料，高于设定值时停车。对料道三个区用三个单回路的PID控制器进行控制。这是一个容易实现的传统控制方式。然而系统必须在手动状态下进行启动，在参数波动大时也很难保持在自动控制状态下，因为对干扰很敏感，特别是当参数变化大时，系统经常振荡。 原有控制系统的主要问题是多变量控制系统分解成了一个个单变量系统，这在传统工业过程控制中是很普遍的。在新的MFA控制系统中，按多变量控制的准则将进行下面改进： （1）通过MFA控制器实现对小炉温度的控制。根据熔化池温度以及燃料管道压力情况，适当调整风机进气量，从而使小炉的温度稳定在设定值的范围内。 （2）对熔化池的控制：实现温度、压力、液位的联合控制。比如熔化池T1温度高时，适当增加加料量从而强制降低温度值，而加料量要受液位传感器的限制；对于由于温度高低造成的炉内压力变化，则通过调整烟道闸门的开度进行调整。同时将熔化池的参数变化情况，通过MFA控制系统传递给料道的温度控制系统，通过一定的参数设置（比如根据熔融玻璃的流速设置从熔化池到料道的时间），来对料道的温度值进行提前预判性的调整。 （3）对料道的控制不再采用单个参数的控制，而是通过MFA控制器，按一定的算法，实现对三个区域的联合调整，从而避免了采用单个参数PID控制时由于时滞造成的温度波动。作为辅助手段，对料道等重要区域的控制使用原有的PID控制作为备份。 控制系统包含一套PLC逻辑控制和PID控制装置，两台运行WindowsNT的PC。把Wonderware’s Intouch HMI软件安装于PC上用于数据接收和监控。CyboSoft公司的CyboCon软件安装在一台PC上以提供先进的控制方式。因为CyboCon是一个软件包产品，安装、配置和I/O接口都很容易配置。当使用MFA控制器时，只需要知道一些过程的控制类型和过程的粗略时间常数即可。CyboCon的控制器通过Intouch的软件连接到系统。操作者可以用面板和在Intouch或CyboCon控制屏幕上的趋势线来监控和改变控制器设置。系统运行后，MFA控制器就可立刻进入控制状态。操作人员能在PID控制、手动和MFA控制模式之间切换。一旦PC出现问题，PLC将很快接管控制。 MFA技术无需使用者对控制器进行专门设计，只要选择相应的控制器并简单地设定控制器参数就可以将MFA控制器投入使用。这是无模型自适应控制器与其它基于模型的先进控制器的一个主要区别，也是MFA控制器的主要优势。

在网络流媒体传输中应用

自适应控制技术应用

流媒体技术是一种专门用于网络多媒体信息传播和处理的新技术，该技术能够在网络上实现传输和播放同时进行的实时工作模式，相对于其他的一些音视频网络传输和处理技术，流媒体比较成熟和实用，目前已经成为网上音视频（特别是实时音视频）传输的主要解决方案。 目前，制约流媒体宽带应用发展的关键在于互联网的服务质量，流媒体从理论上解决了大容量网络多媒体数据传输的实时性要求问题，但是由于大型分组交换网络（例如Internet）中数据传输受到诸多因素的影响，网络的状况是不可靠的，其带宽、负荷等的变化难以满足流媒体宽带业务的实时性服务质量要求，并且常常造成播放卡壳、延迟、视频抖动剧烈，给使用者感官造成很大影响，所以解决好流媒体网络应用的服务质量问题对于流媒体宽带应用是极为重要的。 1、目前的流媒体传输模式 流媒体之所以能够实现多媒体数据的实时播放，是采用了专门的网络控制协议（RTP，RTCP和RTSP等）和数据传输机制。服务器端有专门的流媒体发布系统，而客户端则有专门的播放器，这两个部分都需要通过数据缓存区进行数据的缓存。与普通的分组交换网络不同，流媒体系统的缓存区域中的数据在数据传输过程中是动态的，也可称为是交换状态的，数据以堆栈方式进出缓冲区，而不需要等待数据全部达到客户机后才从缓冲区中被释放出来，由于数据缓冲区中的数据是“流动”的，再加上数据的播放需要维持一个稳定的数据输出速度，随时都要求缓冲区有相应的数据提供给播放器，如果没有相应的数据，则会出现内容播放过程中的暂停和画面的跳跃，出现前一种情况一般是由于网络传输速度跟不上数据的播放速度，而发生了数据的下溢，而后一种情况的发生是由于网络传输速度过快，超过了播放的速度，而又没有适当的传输控制而造成的数据上溢。 解决流媒体系统的服务质量问题一般有两条路径：一是在“路上”做文章；二是在流媒体系统本身做文章。ISDN技术、ATM技术以及未来的IPv6等网络协议属于前一种办法，但是，截至目前为止，ISDN与ATM并没有成为网络技术的主流，TCP/IP仍然是事实上的标准。在流媒体系统本身做文章也有深入探讨，主要是从电子学与计算机科学的角度出发，如各种编码技术、压缩技术等，但是流媒体系统的瓶颈问题并没有很好的解决。

自适应控制技术应用

（1）早期的流媒体传输模式——无控制传输 在早期的流媒体宽带系统里，视频服务器通过网络向客户机实时传送流媒体信息，在网络上进行传输的多媒体信号的数据量主要取决于内容提供方提供的音视频文件的大小，用户没有选择的余地，也不会根据网络情况来判断和调整传输的带宽需求，这种模式下，对于网络条件的假设是建立在一个比较稳定且带宽较大的条件下，如果网络带宽达不到数据传输的需求，就会出现播放停滞和马赛克画面。目前Internet上大多数以流媒体形式提供的音视频内容都是这种模式提供的，因此对于拨号上网等窄带用户来说，要欣赏网上的多媒体内容将会很困难。 （2）目前的流媒体解决方案——预先网络条件测试 早期固定方式进行流媒体传输的技术非常不适合于不同带宽和接入方式的用户使用，在目前的一些主流流媒体系统中，采用了预先网络条件测试的方法，流媒体服务提供者事先对同一节目准备几种不同数据量（当然质量也不相同）的版本，当收到服务请求时，先测试请求者的网络带宽条件，然后按照得到的测试结果自动选择发送的版本。这种模式下，可以自动根据网络条件为用户提供适应带宽要求的多媒体内容，因此相对于早期的固定模式来说，更有利于多媒体数据的流畅播放。 但是这种预测传输方式也有缺陷，在这种模式下，只考虑了接入者在预测时的网络条件，而忽略了多媒体数据在传输过程中的网络状况变化，而实际的网络情况常常变化很大，使得原来比较适合的多媒体传输速度发生变化，会在数据传输的时候出现数据的上溢和下溢，造成用户观看或聆听信号的跳帧和停滞。 2、网络流媒体传输过程中实现自适应 如果要适应目前不稳定的网络条件，克服网络状况不确定所造成的影响，视频服务器必须自适应地调整发送策略来保证视频服务的质量和实时性，为此，目前出现了一种自适应网络带宽的实时流媒体传送控制技术，也称为自适应网络带宽的流媒体传送技术，其中利用了自适应控制技术、模糊控制技术、反馈与前馈控制技术。与目前已有的流媒体传输系统不同，在该技术方案中，为服务器端添加了一个新的控制部件——自适应调度与调节器，用于在数据传输过程中随时监控网络的传输状况，并调节服务器端的数据传输速度，以保证数据在客户端的流畅播放。由于采用了实时的网络监控机制，使得发送出来的数据更适合于当时的网络状况。 本方案便于实现，根据该技术方案实现的原型系统在试验网络条件下测试效果非常理想。测试结果表明，在网络带宽剧烈变化的情况下，视频播放质量的变化很平缓，接收方缓冲区没有发生上溢或下溢，客户始终能享受到连续的视频播放，没有出现播放卡壳，也没有出现由于缓冲区上溢而丢失从网络传过来的数据，发送缓冲区也没有发生下溢，数据发送模块始终有数据可发，因此网络带宽得到了充分利用。

在煤粉计量系统上的应用

自适应控制技术应用

入窑喂煤系统是水泥厂烧成系统的关键环节之一，特别是水泥生产的干法工艺和大型化，对喂煤提出了更高的要求，准确而又及时地计量、控制、调节入窑和分解炉的喂煤量，是稳定窑的热工制度，提高窑的产量、提高熟料质量、降低能耗和保证窑的安全稳定运行的关键因素之一。但是回转窑用煤粉具有细度小、干燥的物理特性，流动性好，若水份含量大或积压存放时间长又可能出现粘结，因而控制不当可造成涌料或棚仓。针对上述要求，我们从系统工程角度出发，研制开发转子秤煤粉计量控制系统，该项目今年获国家科技部专项资金重点支持发展项目。 1、系统概述与组成 该系统由煤粉称重仓、粉体喂料机、转子秤、锁风输送装置及电气控制部分组成，粉体喂料机采用回转型、多分格、多层式、均压容积稳定喂料结构，转子秤采用多分格转子式环状天平结构，称重传感器检测料重，磁电式转速传感器测速，电气控制部分由PLC模块构成主控单元来实现双回路自动调节。 2、系统工作原理 煤粉由进料口进入称重仓，通过传感器检测来稳定仓的料位，从而得到稳流的作用。煤粉经稳流后再由喂料机均匀稳定地喂入转子秤。进入转子秤的煤粉由转子从进料口带至出料口并喂入下级设备。特殊设计的结构使得荷重传感器能精确的测出转子秤圆盘体中煤粉的重量，并输出重量信号，该信号与转子的转速信号一起经控制系统处理运算得到煤粉的实际流量，通过调节转子的转速，实现煤粉定量给料。喂料机的转速跟踪转子秤的转速同步调节，保证系统稳定、准确运行。 3、硬件组态 转子秤煤粉计量控制系统主机部分选用德国西门子公司SIMATIC S7系列PLC。CPU选用224 DC型，它本身具有14个DI和10个DO，通过它可实现逻辑连锁、状态反馈及多路高速计数。扩展模块选用3路12位AI和4路12位AO，通过它可实现与现场信号的AD、DA，以及与中控的模拟量通讯（保留）。由于CPU为SIMATIC S7系列，它还能很方便地实现数字通讯及网络连接。 系统硬件设计充分考虑抗干扰措施。系统由SPU信号处理单元完成对系统中现场弱信号（如转子中煤粉的负荷、称重仓内煤粉的负荷等）的现场采集、放大、转换以及传输等工作。系统测速部分用原装进口磁电式编码器，经倍频电路后直接送入CPU224的高速计数口计数，以确保测速精度在1‰之内。系统的模拟输出AO与系统调节单元（变频器）之间采取加信号隔离器来抑制干扰。 系统人机界面采用西门子公司触摸面屏TP27。通过TP27可很直观地监视系统的运行状态、各种参数信息，包括系统的设定值、瞬时值、累计值、运行趋势、报警信息等。同时，还可通过TP27上所显示的菜单（按钮和输入域）直接控制系统运行。 4、控制软件 本系统是一个多变量、多回路的滞后系统，用常规的PID控制很难获得良好的控制性能。在控制方式上，针对煤粉物料的特性，系统软件采用了预置控制加前馈自适应PID调节的方式。首先，根据设定流量预置喂料机的转速，实现初步预给料，再通过设定荷重与检测荷重的差值来调节喂料机，同时对喂料机的调节加约束条件，保证转子秤内物料的负荷维持在设定的相对水平，从而实现稳定喂料；通过设定流量与检测流量的差值来调节转子秤，从而实现精确计量。 上述双环调节既相互配合又相互影响，为了防止两环振荡，软件上采取了许多特殊的措施，如调节时间的选择、步长的选择、PID参数的优化等。在调节时间上我们选择外环时间T大于内环时间T的3倍，步长上我们选择分段可变步长，PID参数的整定上我们选择具有控制参数收敛快，计算工作量相对较小，实用的单纯形加速法自适应控制方式，它既能反映动态性能又能反映稳态特性。

在长轴类负载上的应用

自适应控制技术应用

在长轴类负载的电气传动系统中，必须解决如何消除扭振的问题。经典的控制理论不能提供有效的解决办法，只能从机械材质上入手解决。现代控制理论提供了从控制系统的角度解决这一问题的方法，其中的自适应控制方法，就可以很明显地改善或避免扭振对系统造成的影响，提高系统的动态性能。RMFC和AMFC是日本三菱电机开发的基于PI调节器的自适应控制方法，参数设置和调节均简捷方便，在热轧薄板生产线夹送辊等长轴类负载的控制上已经成功应用，并取得了很好的使用效果。 1、电气传动自适应控制技术 自适应控制的主要思想是：构造一个与原系统相同的模型系统，并观测或估计模型系统的状态。将模型系统的状态与原系统状态进行比较，利用得出的观测误差来进行反馈修正，从而完成对系统的控制。常用的自适应控制系统是基于PI调节器构成的，具有既结构简单，又具有一定的自适应能力的优点。 自适应控制方法很多，上面只是其中一种。对于有条件安装速度检测器的使用场合，上面通过电流计算得出的转速就可以作为电机模型的输出值，经过与实测值比较，就得到了观测误差，从而实现基于PI调节器的闭环自适应模型参考跟踪控制系统。 RMFC(Reference Module Following Control)即模型参考跟踪控制，AMFC(Adaption Module Following Control) 即自适应模型跟踪控制，都是基于PI调节器构成的自适应控制技术。实际应用中可将二者结合，实现RMFC AMFAC控制，既自适应模型参考跟踪控制。由控制器“SC2”和电机“模型”构成速度的模型控制系统。由控制器“SC1”，“CCq”，功率单元和电机“控制对象”以及反馈环节“滤波器”构成实际的转速电流双闭环控制系统。N*为转速给定信号，N‾为电机的实际转速。AMFC是一个小惯性环节，作为自适应控制的调节环节。“斜坡器”为给定斜坡信号发生环节。系统依靠速度的模型控制系统和实际的转速电流双闭环控制系统的速度输出偏差，实现对系统实时控制。 系统工作在稳态时，主要是转速电流双闭环控制系统起作用，速度的模型控制系统虽然也在运行，但稳态时模型的输出就等于给定值。只有在系统进入暂态时，由控制器“SC2”和AMFC环节才起到重要的调节作用。因此，RMFC AMFAC控制系统是一种提高系统的暂态性能的现代控制方法。 2、自适应控制技术在长轴类负载上的防扭振应用 随着现代生产节奏和自动化程度的日益提高，生产设备的空间分布比以往更加密集。在薄板坯连铸连轧生产线上，各种设备的空间摆布就非常紧密。这就难以避免有些设备要通过一个很长的传动轴来驱动。众所周知，随着长度的增加，传动轴的刚度会下降，在起动、制动、带负荷加减速和负荷有波动时，长传动轴的弹性形变旧不能忽略，因为在这些情况下非常容易产生扭振现象。发生扭振时，系统出现电流、速度上的震荡，电流、速度反馈均出现剧烈波动，导致整个系统不能稳定工作，甚至出现传动轴因震动产生的疲劳而折断的情况。 RMFC AMFAC控制系统是一个具有一定自适应能力的控制系统，具有很强的抗干扰能力。由于AMFC是一个小惯性环节，所使用的速度反馈信号用没有经过滤波环节，并且引用的是模型速度和实际速度的偏差信号，所以对速度扰动的响应非常快。设定好AMFC的参数，就能很容易地避开长传动轴的扭振发生。RMFC的速度模型中，采用了一个比例速度调节器，另设了一个积分环节的“模型”来输出速度参考值，这样就能非常好地解决加减速和起制动时的速度震荡问题。所以说，RMFC AMFAC控制实际上就是“自适应模型参考跟踪控制”。 在调节RMFC AMFAC控制系统的速度环之前，首先设定好小惯性环节AMFC的参数和“模型”的参数。“模型”是一个积分环节，积分时间与实际控制对象一致。设定AMFC的积分时间参数时要注意，AMFC之前的比较环节所使用的是没有经过滤波的电机实际转速信号，所以AMFC环节的惯性要足够小。调节速度环的比例增益时，按照先SC1后SC2的顺序，由小到大逐渐增大，同时注意观察速度响应的变化情况。实际应用时，“SC2”的比例增益调节得与“SC1”的比例增益一致。2100433B

自适应构件是跟随建筑信息模型（BIM）概念而产生的理念，作为某些特性参数可变的部件，贯穿于整个设计项目的CAD和CAE过程。自适应构件主要表现为Revit族，主要应用于建筑设计和水电供暖行业。但随着建筑信息模型（BIM）的深化及普及，自适应构件将更广泛的应用于如勘测、土木工程、规划等众多领域。

在BIM项目设计过程中，使用自适应构件功能，可以在整个设计项目的任意过程中，创立拥有变量参数的自适应构件。在随后的设计过程中，如需要变动，可直接修改某个参数，在不影响项目进程的情况下，修改成新的方案。

使用自适应构件功能，可以轻松的自行创建内建族文件，这些文件可沿用到另外的项目当中，而不必重新设立参数。

将变结构控制与自适应控制有机的结合起来的变结构自适应控制，是解决参数不确定或时变参数系统问题的一种新型的控制策略。概括地说，所谓自适应变结构控制，就是系统能自动改变切换线斜率，对于给定的初始条件，其正常轨迹首先到达初始切换线上的滑模区，经过若干次自适应的斜率调整，最后使轨迹进入最终切换线上的滑模区，在保持变结构控制强鲁棒性的前提下，以最快的速度实现变结构控制。自适应变结构控制可以实现大系统的分散镇定、模型跟踪等复杂控制问题，所有这些研究，实际上是用变结构思想来设计自适应控制系统。另一方面，在变结构控制器中不连续项控制增益可以利用自适应思想进行在线估计，得到了一些研究结果。

近年来，变结构模型参考自适应控制理论取得了一系列重要进展，由于该方法具有良好的过渡过程性能和鲁棒性，在工程上得到了很好的应用，同时在卫星姿态控制上也发挥了很重要的作用。设计一种新型的动态滑动模面，滑动模面参数通过采用自适应算法估计得到，从而实现非线性系统的模型参考自适应滑模控制;这种滑模控制器一般都需要由航天器惯量阵不确定性的上下界来确定控制器的参数，以保证系统的稳定性，这种控制器仍然存在对航天器惯量及其不确定性的依赖。 2100433B