在状态约束与滞后效应下的气相色谱电子压力控制系统的气体流量跟踪：一种创新的模糊自适应控制方法

《ISA Transactions》：Gas flow tracking for electronic pressure control system in gas chromatography under state constraints and hysteresis：An innovative fuzzy adaptive control approach

　　

聂玉龙|郑阳|何成龙|孙志波|王一轩|杨志国|王俊成|徐少峰|石岩|马玉山

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  采用改进的普朗特-伊希林斯基模型来描述阀门的滞后特性，同时结合EPC动态模型来考虑气体阻力特征。
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  一种有限时间非线性GC-EPC流量控制方案能够有效应对状态约束和不对称滞后问题。
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  通过结合DSC与BLF的回退策略，可解决微分爆炸问题以及系统状态约束问题。
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  在所构建的EPC系统上，通过阶跃和动态流量条件下的实验测试，利用IAE和NRMSE指标验证了该方法的性能。

章节节选

第二节 系统模型与基础知识

本节首先介绍EPC气体流量控制系统的结构，接着阐述其控制框架和动态系统模型，最后提出一种新的不对称滞后模型。

第三节 非线性控制器设计与稳定性分析

本小节首先设计一种无需依赖详细物理模型的模糊状态观测器，利用FLS的近似能力来估计EPC系统的未知状态。随后引入一阶低通滤波器以平滑控制信号，避免计算量过大问题。接着提出一种基于观测器的实际有限时间控制器，以实现对于目标气体流量的稳定精确跟踪。

第四节 实验与结果

为验证所提出的用于GC中EPC气体流量调节的模糊自适应控制策略，根据图1设计了一种新型EPC原型，并搭建了相应的实验平台用于在GC系统中进行测试，如图4所示。

该系统使用空气压缩机（Deli，DL-WKY25-W）提供高压气体，这些气体随后经过气体处理组件（SMC，ACG-B）减压和过滤，处理后的气体再被输送到气体调节模块中

结论

本文提出了一种基于模糊状态观测器的实际有限时间控制器，用于实现GC中EPC的高精度气体流量控制。与传统的广义滞后模型相比，采用了改进的普朗特-伊希林斯基模型来描述不对称滞后行为。结合阀门动态模型并考虑毛细管气体阻力中的摩擦力，构建出了能够真实反映气体流量控制过程的动态模型

CRediT作者贡献说明

徐少峰：概念构思。石岩：写作——审稿与编辑、监督、资源协调、方法设计、研究实施。马玉山：监督工作。聂玉龙：写作——审稿与编辑、初稿撰写、方法设计、研究实施。郑阳：方法设计、研究实施。何成龙：方法设计、形式化分析。孙志波：方法设计。王一轩：方法设计。杨志国：写作——审稿与编辑、验证工作、资金筹集。王俊成：资金筹集工作。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究工作的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了北京市自然科学基金（编号L222109）的支持，部分资金来自国家自然科学基金青年科学基金项目（B类），项目编号为52522502；还有部分资金来自国家自然科学基金国家自然科学基金博士研究生基础研究计划（项目编号524B2049）的支持，以及宁波市关键技术研究与开发计划（编号2023Z018）的资助。