27、玻璃管制造过程的识别与鲁棒控制

玻璃管制造过程的识别与鲁棒控制

1. 引言

玻璃管制造过程是一个典型的多输入多输出（MIMO）工业过程，涉及复杂的动态行为和显著的时间延迟。传统的PID控制方法在这个过程中表现不佳，因为它们难以处理过程中的非线性和延迟。为了提高玻璃管制造过程的控制性能，必须开发先进的识别和控制技术。本文将介绍如何通过识别技术估计玻璃管制造过程的紧凑且准确的模型，并基于该模型设计鲁棒控制器，从而显著提升产品质量和生产灵活性。

2. 玻璃管制造过程的识别

2.1 过程概述

玻璃管制造过程如图所示，通过间接电加热，玻璃被熔化并通过一个环形孔沿着一个芯棒流动。管子的成形发生在芯棒的末端及其下方。由于重力和拉引机的作用，玻璃管被向下拉。两个重要的输出变量是管壁厚度和管径，它们是需要调节的关键量。输入变量包括芯棒气体压力和拉引速度，这些变量可以直接影响管壁厚度和直径。其他变量如供给熔化玻璃的功率、熔化容器内的压力和室温被视为干扰。

2.2 识别方法

为了识别玻璃管制造过程，我们采用了两步法。该方法从高阶模型估计开始，然后通过模型简化得到紧凑模型。具体步骤如下：

2.2.1 高阶模型估计

首先，我们估计一个高阶有限冲击响应（FIR）模型。为了确定FIR模型的长度，我们使用了阶梯响应测量值。选择一个长度为50的FIR模型，以确保模型能够捕捉到过程的主要动态特性。使用最小二乘法估计FIR模型的参数，确保在开环实验中输入是持续激励的，且阶数足够高。