[發(fā)明專利]單入單出純滯后自衡對象的自抗擾控制方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310514244.7
• 申請日: 2013-10-24
• 公開（公告）號: CN103576552B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱亞清;潘鳳萍;陳世和;張曦;龐志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司44224
• 代理人: 王茹,曾旻輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種單入單出純滯后自衡對象的自抗擾控制方法以及一種單入單出純滯后自衡對象的自抗擾控制裝置。

背景技術(shù)

在工廠的實(shí)際控制系統(tǒng)中，控制回路成千上萬，但是這其中絕大多數(shù)為單回路。在這些單回路控制系統(tǒng)中，被控對象各式各樣，按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)依次可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)，自平衡對象和非自平衡對象，時(shí)滯系統(tǒng)和非時(shí)滯系統(tǒng)等。

在現(xiàn)代流程工業(yè)中，由于系統(tǒng)的復(fù)雜性，我們很難得到系統(tǒng)的機(jī)理模型，尤其是非線性系統(tǒng)。但是絕大多數(shù)非線性系統(tǒng)都會在設(shè)定點(diǎn)附近工作或者波動，且過程控制的主要目標(biāo)是保證系統(tǒng)能穩(wěn)定在設(shè)定點(diǎn)附近。因而在設(shè)定點(diǎn)附近，我們可以用一個(gè)簡單的線性模型來模擬系統(tǒng)動態(tài)。典型實(shí)例有化工生產(chǎn)流程中反應(yīng)釜冷卻夾套中冷卻水流量和釜中溫度之間的動態(tài)關(guān)系。由于設(shè)備結(jié)垢、物質(zhì)分布不均等因素，冷卻水——溫度模型呈非線性特性。尤其在工業(yè)現(xiàn)場，導(dǎo)致出現(xiàn)滯后的情況包括：

1）測量變送帶來的滯后。例如溫度測量中，熱電偶感知系統(tǒng)溫度后變送帶來的滯后；

2）系統(tǒng)自身存在的純滯后。例如一階水箱或者罐體的流量液位對象、管道閥門——流量對象，加熱過程中燃料——溫度對象，盤管換熱過程中冷水流量——溫度對象以及一階RC電路等等例如一階水箱或者罐體的流量液位對象、管道閥門——流量對象，加熱過程中燃料——溫度對象，盤管換熱過程中冷水流量——溫度對象以及一階RC電路等對象自身存在著明顯的純滯后；

3）高階系統(tǒng)或者慢過程對象的緩慢啟動特性可以近似理解為該系統(tǒng)存在純滯后。

為解決上述問題，目前通常的做法是，在單回路控制系統(tǒng)中設(shè)置一自抗擾控制器，它由一個(gè)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器加上一個(gè)反饋控制率共兩部分組成。其中擴(kuò)張狀態(tài)觀測器有兩個(gè)輸入，分別為被控對象輸出量和上一時(shí)刻控制輸入量。擴(kuò)張狀態(tài)觀測器用來觀測系統(tǒng)狀態(tài)以及擾動量，進(jìn)而提供狀態(tài)反饋。它能夠統(tǒng)一處理線性和非線性、時(shí)變和非時(shí)變、內(nèi)擾和外擾。但是，若被控對象中存在純滯后，對象的控制輸入量輸入對象后，要經(jīng)過一個(gè)滯后時(shí)間才能從對象輸出中體現(xiàn)出來，這樣一來擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的被控對象輸出量和上一時(shí)刻控制輸入量就不是一一對應(yīng)的了。因?yàn)檩斎氲綌U(kuò)張狀態(tài)觀測器中的對象輸出量并不是對應(yīng)上一時(shí)刻的控制輸入量，而是上一時(shí)刻再往前推一個(gè)對象滯后時(shí)間后對應(yīng)時(shí)刻的控制輸入量。同理，上一時(shí)刻控制輸入量對應(yīng)的輸出量是從當(dāng)前時(shí)刻沿著時(shí)間方向往后推一個(gè)滯后時(shí)間對應(yīng)的輸出量。從而會出現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)位，使得擴(kuò)張狀態(tài)器的觀測值不準(zhǔn)確，從而會誤導(dǎo)反饋控制率，造成控制效果變差甚至不穩(wěn)定。

因此，有必要提供一種能讓滯后對象輸出量和上一時(shí)刻控制輸入量對應(yīng)的自抗擾的控制方法，提高控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種單入單出純滯后自衡對象的自抗擾控制方法及裝置，能讓滯后對象輸出量和上一時(shí)刻控制輸入量一一對應(yīng)，提高控制效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種單入單出純滯后自衡對象的自抗擾控制方法，包括如下步驟：

獲取單入單出純滯后自衡對象的滯后信息；所述滯后信息包括單入單出純滯后自衡對象的輸入與輸出信息；

根據(jù)所述滯后信息計(jì)算得到線性純滯后對象，并記錄所述線性純滯后對象的輸出量和擾動估計(jì)量；

根據(jù)所述線性純滯后對象的輸出量和擾動估計(jì)量構(gòu)建控制率，并采用史密斯預(yù)估器對所述控制率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)玫窖a(bǔ)償控制率；

根據(jù)所述補(bǔ)償控制率對所述單入單出純滯后自衡對象進(jìn)行自抗擾控制。

一種單入單出純滯后自衡對象的自抗擾控制，包括

對象獲取模塊，用于獲取單入單出純滯后自衡對象的滯后信息；所述滯后信息包括單入單出純滯后自衡對象的輸入與輸出信息；

分析模塊，用于根據(jù)所述滯后信息計(jì)算得到線性純滯后對象，并記錄所述線性純滯后對象的輸出量和擾動估計(jì)量；

補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)所述線性純滯后對象的輸出量和擾動估計(jì)量構(gòu)建控制率，采用史密斯預(yù)估器對所述控制率進(jìn)行補(bǔ)償?shù)贸鲅a(bǔ)償控制率；

控制模塊，用于根據(jù)所述補(bǔ)償控制率對所述單入單出純滯后自衡對象進(jìn)行自抗擾控制。