1引言
　　現(xiàn)在，以被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代控制理論得到了很大的發(fā)展，但是由于大量實(shí)際被控對(duì)象給不出合適的數(shù)學(xué)模型，現(xiàn)代控制理論在許多場(chǎng)合遇到了困難?！白赃m應(yīng)控制”、“模糊控制”、“預(yù)測(cè)控制”、“智能控制”、“專家系統(tǒng)”等方法的出現(xiàn)，試圖解決對(duì)模型的依賴問題。但實(shí)質(zhì)上仍沒有擺脫模型框架的束縛，有時(shí)還要用到建模及系統(tǒng)辨識(shí)等手段。這些方法已用于一些動(dòng)態(tài)過程控制中。但由于控制算法復(fù)雜，不能適應(yīng)未知非線性，不能抑制不確定強(qiáng)干擾，所以其應(yīng)用范圍仍受到很大限制。
　　文獻(xiàn)［１］提出了多輸入單輸出非線性系統(tǒng)的不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的控制算法，并稱之為無(wú)模型控制律。經(jīng)過多年的研究，無(wú)模型控制技術(shù)已達(dá)到了實(shí)用階段。根據(jù)這一理論設(shè)計(jì)制造出的無(wú)模型控制器在煉油、化工、輕工、焦炭、化肥、造紙及電力等行業(yè)應(yīng)用，收到了滿意的效果。
　　根據(jù)實(shí)際需要，作為無(wú)模型控制器應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域，在我們研制的在線智能露點(diǎn)檢測(cè)儀中應(yīng)用無(wú)模型控制律作為儀表內(nèi)相應(yīng)參數(shù)的控制方法，取得了控制穩(wěn)定、檢測(cè)精度高、反應(yīng)快速等良好的使用效果。
　　本文在工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)無(wú)模型控制律一般形式的各參數(shù)的工程意義及參數(shù)組態(tài)進(jìn)行介紹和分析，并針對(duì)其在儀表檢測(cè)中的使用進(jìn)行說(shuō)明和探討。
2無(wú)模型控制律的一般形式及各參數(shù)的工程意義
　　“無(wú)模型控制器”是“無(wú)需建立模型的自適應(yīng)控制器”的簡(jiǎn)稱，它的控制算法由基本無(wú)模型控制算法和功能組合算法兩部分組成。無(wú)模型控制律的一般形式：
到。G(…)是適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，表示控制律的功能組合部分。而

　　A，b,C,d,α，β，σ是無(wú)模型控制律的組態(tài)參數(shù)，無(wú)模型控制律的算法的功能組合部分由一系列功能算法經(jīng)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合而組成。這些參數(shù)的工程含義如下：
　　λk是偏差y0－y(k)的放大、縮小倍數(shù)，即偏差的增益。
　　gk，在系統(tǒng)平穩(wěn)時(shí)，即測(cè)量值y(k)變化很小，gk＝0；當(dāng)y(k)變化加快時(shí)，gk是一個(gè)正變數(shù)，隨y(k)變化的絕對(duì)值增大而增大。由于gk的存在，使無(wú)模型控制器具有克服大干擾的能力。
　　A是反向調(diào)節(jié)強(qiáng)度，起預(yù)先反向調(diào)節(jié)作用，可克服超調(diào)，使系統(tǒng)盡快的達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
　　b是克服靜差作用權(quán)數(shù)，其克服靜差作用的強(qiáng)度與此參數(shù)成正比。
　　C是穩(wěn)定作用與快速轉(zhuǎn)向權(quán)數(shù)，此參數(shù)取值適當(dāng)，可使系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
　　參數(shù)α，d，σ都是為了避免相應(yīng)算式的分母為0，所以它們都是適當(dāng)小正數(shù)。
　　α，β的存在主要是保證控制器自身的穩(wěn)定性。
　　為了解決調(diào)節(jié)過程的快速性和穩(wěn)定性的矛盾，在無(wú)模型控制器的算法中，還設(shè)有智能區(qū)間。智能區(qū)間是以設(shè)定值y0為中心，一個(gè)適當(dāng)?shù)恼龜?shù)h為半徑的區(qū)間［y0－h(huán),y0＋h］。智能區(qū)間h是無(wú)模型控制器的另一個(gè)重要參數(shù)。一般地說(shuō)，在智能區(qū)間外，無(wú)模型控制律將快速地克服靜差；在智能區(qū)間內(nèi)，無(wú)模型控制律將進(jìn)行穩(wěn)定調(diào)節(jié)。
3無(wú)模型控制器的參數(shù)組態(tài)
　　依據(jù)無(wú)模型控制律設(shè)計(jì)制造的F00—1系列無(wú)模型控制器，在煉油、化工、造紙等行業(yè)的應(yīng)用取得了良好的效果。實(shí)踐證明，無(wú)模型控制器的控制功能遠(yuǎn)優(yōu)于大量應(yīng)用的PID調(diào)節(jié)器。無(wú)模型控制器具有參數(shù)自整定功能，但這種整定功能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行，所以給定一組良好的參數(shù)初值還是十分必要的。我們僅就單回路情形說(shuō)明參數(shù)組態(tài)的一般方法；對(duì)于串級(jí)環(huán)節(jié)，參數(shù)組態(tài)則稍復(fù)雜一些。
　　λk：是控制律的增益，也是它的靈敏度，其初值一般取成1。
　　h：它的取值范圍是0～100%。例如當(dāng)y0＝60%，而h=5%時(shí)，智能區(qū)間為(55%，65%)。h的取值依據(jù)系統(tǒng)的時(shí)滯和超調(diào)量而定，一般的說(shuō)，超調(diào)量大，h的值相應(yīng)的就得大些。一般取3%～5%。
　　A：初始值取為1，觀察系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，如果測(cè)量值總是處于給定值的上方或下方，這說(shuō)明A的值大了，應(yīng)減??；如果產(chǎn)生振蕩，則說(shuō)明A的值小了，應(yīng)適當(dāng)加大，直到消除振蕩為止。
　　b：先取一個(gè)適當(dāng)?shù)某踔?，如果產(chǎn)生振蕩，并且測(cè)量值在設(shè)定值上下不斷的擺動(dòng)，這說(shuō)明b值給大了，應(yīng)當(dāng)減小。如果u(k)的值變化緩慢，使得不能夠及時(shí)的對(duì)測(cè)量值進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，說(shuō)明b值小了，應(yīng)增大。
　　C：一般取一個(gè)適當(dāng)值(不應(yīng)過大)后，幾乎不需改變。
　　其余參數(shù)都可以取成小正數(shù)。例如：a=0.001，b=0.001。
　　在單回路調(diào)節(jié)的情形，參數(shù)組態(tài)完成以后，一般的無(wú)需改變。如果十分必要，也僅需改動(dòng)λk和A。
4露點(diǎn)儀的原理及控制方法
　　氣體濕度測(cè)量和控制，在化工生產(chǎn)、空氣調(diào)節(jié)及醫(yī)藥食品等方面都有非常重要的作用。而作為低溫氣體用的測(cè)濕儀器——露點(diǎn)檢測(cè)儀，其精度直接關(guān)系到測(cè)濕效果。我們研制的智能在線露點(diǎn)檢測(cè)儀［３］，采用Am２４１α同位素、熱電式制冷器和半導(dǎo)體勢(shì)壘探測(cè)器，由于采用無(wú)模型控制律方法作為控制露層的手段，使檢測(cè)儀的響應(yīng)速度和控制精度有了明顯的提高，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了比較滿意的效果。

　　α源放置在半導(dǎo)體制冷器冷端表面，α源是在銀基片上噴涂一層Am２４１而形成的，表面平整光潔。α源相對(duì)處安裝有半導(dǎo)體探測(cè)器，以接收α粒子并產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)，供輸出檢測(cè)。制冷器通以電流使制冷端制冷，電流越大，制冷越深，使α源表面溫度越低。當(dāng)α源表面溫度達(dá)到氣體露點(diǎn)溫度時(shí)，在其表面形成一薄露層，吸收部分α粒子，使得達(dá)到探測(cè)器表面上的α粒子數(shù)目及能量降低。探測(cè)器探測(cè)到此能量的降低，并以某一降低值做為目標(biāo)狀態(tài)值，控制制冷器制冷電流的大小，進(jìn)而控制α源表面溫度，使露層厚度始終處于某一定值，達(dá)到平衡狀態(tài)，此時(shí)α源表面溫度就是氣體露點(diǎn)溫度，原理框圖示于圖4—2。

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　　當(dāng)對(duì)露層厚度進(jìn)行控制時(shí)，如果超調(diào)過大，即在α源表面結(jié)露過厚，則需要較長(zhǎng)時(shí)間才能揮發(fā)到正常厚度，此時(shí)被控對(duì)象為一大時(shí)滯系統(tǒng)，使達(dá)到穩(wěn)定并顯示出露點(diǎn)值的時(shí)間延長(zhǎng)，不利于在線檢測(cè)。而且多次超調(diào)，易在α源表面遺留下水痕影響其表面清潔及α粒子的正常溢出。在進(jìn)行自動(dòng)閉環(huán)測(cè)量控制過程中，當(dāng)檢測(cè)接受α粒子能量的狀態(tài)值小于起始值30%時(shí)，需自動(dòng)返回自校，以克服α源污染等原因造成的狀態(tài)信號(hào)不正常情況。
　　針對(duì)以上特點(diǎn)，無(wú)模型控制器的參數(shù)組態(tài)就應(yīng)有所變化。A：根據(jù)情況，比一般值稍大，取為1.4；λk：取為1.8；b則不應(yīng)過大，設(shè)成0.1。將制冷電流的控制輸出限制在較小范圍內(nèi)，如10%～60%，以防止制冷過深或升溫過快。智能區(qū)間半徑h設(shè)為較小的值，如2%，以便更精確穩(wěn)定地調(diào)節(jié)露點(diǎn)厚度。
　　在智能區(qū)間內(nèi)的上半?yún)^(qū)，即由高溫接近露點(diǎn)溫度時(shí)，越逼近露點(diǎn)溫度，也就是露層厚度越接近預(yù)定值，hk就越小；在智能區(qū)間內(nèi)的下半?yún)^(qū)，由低溫接近露點(diǎn)溫度時(shí)，即過厚露層揮發(fā)時(shí)，gk應(yīng)更小，因揮發(fā)時(shí)間要長(zhǎng)于結(jié)露時(shí)間。這些均由程序自動(dòng)判定和執(zhí)行。
　　因探測(cè)器為金硅勢(shì)壘探測(cè)器，具有負(fù)的溫度系數(shù)，即溫度升高，反向漏電流增大，計(jì)數(shù)值減小。探測(cè)器本身的溫差小時(shí)(10℃以內(nèi))，在軟件上對(duì)測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償；溫差大時(shí)，則需要重新校準(zhǔn)目標(biāo)值。為克服α源表面污染及溫度影響，每24小時(shí)重復(fù)一次α源溫度及狀態(tài)恢復(fù)過程，進(jìn)行狀態(tài)初始化。
5結(jié)論
　　經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，露點(diǎn)儀精度為±0.5℃，符合設(shè)計(jì)要求，在線實(shí)時(shí)顯示了待測(cè)氣體的露點(diǎn)，儀器運(yùn)行狀態(tài)良好。
　　通過在自動(dòng)檢測(cè)儀表中的應(yīng)用，進(jìn)一步說(shuō)明了無(wú)模型控制律的優(yōu)越性和有效性。我們還將繼續(xù)拓寬無(wú)模型控制器的應(yīng)用范圍，完善控制算法，使之更好地在控制領(lǐng)域發(fā)揮作用。

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