[發(fā)明專(zhuān)利]一種工業(yè)過(guò)程的控制方法與設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310018373.7
• 申請(qǐng)日: 2013-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103064286A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林云峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 麗水學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/02
• 代理公司: 杭州豐禾專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33214
• 代理人: 王鵬舉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)過(guò)程的控制方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

在流程工業(yè)領(lǐng)域中，所使用的過(guò)程控制系統(tǒng)通常具有多個(gè)控制輸入變量、擾動(dòng)變量以及多個(gè)被控制輸出變量。這類(lèi)控制系統(tǒng)常使用被稱(chēng)為預(yù)測(cè)控制的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。

一種常用的預(yù)測(cè)控制方法是基于階躍響應(yīng)的多變量預(yù)測(cè)控制方法。例如，假定過(guò)程的控制輸入變量個(gè)數(shù)為m和被控輸出變量個(gè)數(shù)為p，控制輸入????????????????????????????????????????????????與被控輸出之間的階躍響應(yīng)系數(shù)模型為，為1與p之間的整數(shù)，為1與m之間的整數(shù)。?在每個(gè)控制時(shí)刻，設(shè)定個(gè)輸入的個(gè)增量變化量，，由此可以計(jì)算出過(guò)程第個(gè)輸出的步預(yù)測(cè)向量為

其中，為第個(gè)輸出的初始步預(yù)測(cè)值。控制系統(tǒng)第一次運(yùn)行時(shí)，可以以當(dāng)前時(shí)刻輸出值作為初始值形成初始預(yù)測(cè)序列。可將多變量系統(tǒng)的P步預(yù)測(cè)模型寫(xiě)成向量形式，

各向量的定義如下，

，，，，，。

利用過(guò)程的階躍響應(yīng)模型模型、用戶(hù)的設(shè)定被控輸出目標(biāo)可對(duì)如下的性能指標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，求解最優(yōu)控制律。

其中，

，，

=block-diag(，，)，diag()，

=block-diag(，，)，diag()，

在不考慮過(guò)程約束情況下，通過(guò)對(duì)性能指標(biāo)函數(shù)求導(dǎo)可以計(jì)算出最優(yōu)的控制增量

是一個(gè)控制作用序列，各控制輸入序列中的第一個(gè)值將被實(shí)施，其余的被舍去。具體方法是將與相加，形成，將通過(guò)控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行實(shí)施。本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人員悉知相應(yīng)的實(shí)施方法。

被實(shí)施后，可由此預(yù)測(cè)出工業(yè)過(guò)程在下一采樣時(shí)刻()的輸出預(yù)測(cè)值為，而當(dāng)時(shí)間基點(diǎn)到達(dá)時(shí)刻時(shí)，可以得到各輸出變量的實(shí)際測(cè)量值，這樣就可以得到預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的偏差

該偏差值反映了模型與真實(shí)對(duì)象間的差別，為了降低該偏差值對(duì)控制系統(tǒng)的影響，可以采用反饋校正的方法對(duì)預(yù)測(cè)輸出進(jìn)行偏差補(bǔ)償，得到校正后的預(yù)測(cè)向量

???????????????????

其中，

，，

為誤差校正系數(shù)矩陣。如果不考慮預(yù)測(cè)誤差之間的相互影響，通常可取為對(duì)角塊矩陣，因?yàn)檫@種相互影響是不可知的，僅僅通過(guò)自身誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)校正。

在時(shí)刻，將校正后的預(yù)測(cè)值矩陣移位，即可獲得時(shí)刻過(guò)程的初始預(yù)測(cè)序列

????????????????????

其中，

，

以上就是工業(yè)領(lǐng)域中所使用的多變量預(yù)測(cè)控制方法。

多變量預(yù)測(cè)控制方法實(shí)施效果一定程度上依賴(lài)于控制器誤差權(quán)系數(shù)參數(shù)的選擇。的選取在一定程度上反映了各輸出設(shè)定點(diǎn)的重要程度，越大，說(shuō)明控制系統(tǒng)期望該書(shū)出變量以越快的速度逼近第個(gè)輸出設(shè)定點(diǎn)；反之，則趨近設(shè)定點(diǎn)的速度不必過(guò)快可以緩慢的趨近。然而，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)輸出往往具有不同的量綱，量綱的不同將導(dǎo)致輸出變量的呈現(xiàn)不同的值域特點(diǎn)。鑒于輸出值域與控制器誤差權(quán)系數(shù)參數(shù)間存在一定的耦合關(guān)系，這使得工程實(shí)際中控制器誤差權(quán)系數(shù)參數(shù)的選定變得十分困難。為區(qū)分不同輸出的重要性，取值跨度將會(huì)比較大，理論上的取值范圍是，非常不利于工程人員進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。如果能縮小的取值范圍，最理想情況下是將的范圍縮小到區(qū)間內(nèi)，將會(huì)極大方便工程人員進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種工業(yè)過(guò)程的控制方法，本發(fā)明采用歸一化方法消除各過(guò)程輸出的量綱，從而使和的調(diào)整變得簡(jiǎn)單直觀。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種工業(yè)過(guò)程的控制設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)上述的第一個(gè)目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案：

一種工業(yè)過(guò)程的控制方法，所述工業(yè)過(guò)程包含具有多個(gè)輸入變量以及被控輸出變量的多變量過(guò)程，所述多個(gè)輸入變量是可以對(duì)所述工業(yè)過(guò)程的工業(yè)設(shè)備進(jìn)行操縱的控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，所述的控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于控制系統(tǒng)內(nèi)的基礎(chǔ)控制回路設(shè)定點(diǎn)或所述工業(yè)過(guò)程中的控制閥門(mén)或變頻器裝置或其他可控部件，所述多個(gè)被控輸出變量是所述工業(yè)過(guò)程反映過(guò)程運(yùn)行狀況的參量，所述的控制輸入變量和被控輸出變量需要滿足上限和下限約束條件，所述方法包括離線和在線兩個(gè)部分，所述的離線部分包括：

步驟1.?針對(duì)由被控輸出的上限、下限給定值以及控制輸入的上限、下限給定值計(jì)算相應(yīng)的模型向量調(diào)整因子；