基于增益调度的炉内温度和气体组分精确控制技术

增益调度是另一种更简单却在很多实际应用中都很有效的方法，首先选取一系列预先计算好的参数控制器，每个控制器的设计都是基于适应特定运行条件的过程模型的。在正常条件下，根据实际运行状况选取最合适的控制器。当所有运行条件都已知时，这种方法很合适。通常选择一系列的有代表性的运行状况，相应的控制器参数离线计算。控制设计可以是任意类型，控制器甚至可以是不同结构，随运行要求进行调整。为了在实际中运行良好，控制模式的切换不能太频繁，并且必须切换平滑才不会干扰输入信号。例如，飞行控制器就是基于这种方法设计的，根据对飞行器速度和高度的测量来完成调度的。在控制器切换时，控制量根据之前和最新的输入信号的平滑插值来计算。

如图10-10中所示，用冶金炉的例子说明这个方法。还原炉的控制目标是在优化镍回收率的同时最小化燃料消耗和环境污染。这要求对炉内温度和气体组分精确控制。控制膛式炉的温度是一项困难的任务（Ramirez和Albertos，2008）。运行条件会快速、剧烈地变化，而被控对象的非线性和时变特性以及不同变量之间的相互作用会让问题更加复杂。第五层的温度很大程度上取决于相邻的第四层和第六层的温度。

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图10-10 冶金炉

根据炉膛热负载来选取4个运行条件。对于每个条件来说都要获得一个温度（输出）和气流（输入）的线性模型。在不同运行条件下的模型变化很大，没有任何一个的控制器可以在不同条件下工作良好。因此，需要为每个运行条件设计一个特定的PID控制器。对于每个正常的运行状态，炉膛当前时的负载是可测量的。然后炉膛负载通过用来进行设计的运行状态加权和来表示，实际的气体流量可以通过与运行状态相关联的PID控制器控制量加权和获得，如图10-10所示。