[發明專利]不穩定時滯過程抗干擾PID控制器及其設計方法

有效

• 申請號: 201310580397.1
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103631139A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 尹成強;高潔;穆以東
• 申請（專利權）人: 聊城大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種工業不穩定時滯過程的抗干擾PID控制器設計方法，是一種針對工業過程中的不穩定時滯對象，以內模控制理論和直接合成法為基礎，提出的一種新型控制結構和解析控制器設計方法，能夠分別通過單參數優化和調節控制系統的跟蹤性能和擾動抑制性能指標，屬于工業過程控制技術領域。?

背景技術

對不穩定過程的控制歷來是控制界研究的一個難點問題，這主要是由于不穩定對象存在不穩定的動態特性和右半平面極點所帶來的極大限制，并且不穩定過程對負載干擾非常敏感，很容易引起過程輸出的波動。在工業過程領域，很多對象是不穩定的并且在變量的檢測和控制回路中存在滯后現象。因此控制不穩定時滯過程是過程控制領域中很復雜、極具挑戰性的問題，也引起了一些控制專家的研究興趣。近幾年在控制領域的國際和國內的重要刊物上刊登了一些知名學者和工程專家提出的針對不穩定時滯過程的設計方法和控制方案。有代表性的是Visioli.?A在文獻?Optimal?tuning?of?PID?controllers?for?integral?and?unstable?processes（IEE?Proc.Part?D,?2001,???148(2):180-184.）中提出的一種常規的PID控制方法；Lee,Y.H在文獻PID?controllers?tuning?for?integrating?and?unstable?processes?with?time?delay.(Chemical?Engineering?Science,2000,55,3481-3493)中提出的基于內模控制理念和H2最優指標設計的常規PID控制器來控制開環不穩定過程的方法。?

但是上述方法只是純單位反饋PID控制方法，不能解決設定值跟蹤響應和擾動抵制響應的折中問題。內模控制和Smith控制被視為過程控制中非常有效的控制方法，所以專家學者針對不穩定時滯對象，基于內模控制和Smith預估理論提出了改進的二自由度控制方法，A.Seshagiri?Rao和?M.Chidambara在文獻Analytical?design?of?modified?Smith?predictor?in?a?two-degrees-of-freedom?control?scheme?for?second?order?unstable?processes?with?time?delay(ISA?Transaction,?2008,47,407-419)基于改進Smith預估控制采用直接合成法設計控制器提高控制系統的閉環性能。Liu?T和Zhang?w?D在文獻Analytical?design?of?two-degree-of-freedom?control?scheme?for?open-loop?unstable?processes?with?time?delay(Journal?of?Process?Control,?2005,?15,559-572)對含時滯的積分和不穩定對象提出新穎的兩自由度控制結構，用比例控制器鎮定給定值響應,基于魯棒H₂最優性能指標設計給定值跟蹤控制器,利用擾動觀測器抑制負載干擾信號取得了較好的控制效果。解決了系統設定值跟蹤響應和擾動抵制響應之間的耦合問題，但是并沒有很好的改善系統對擾動的抵制性能，并且設計的控制器形式較復雜，不利于工程實現。?

授權公告號CN?100476647C（申請號200710043735.2）的中國專利文獻公開了一種檢測技術領域的工業不穩定時滯過程模型在線檢測的方法。是在繼電特性作用下，整個閉環系統進入振蕩過程，在此過程中，分別記錄下繼電器和對象輸出數組，并保存在隨機存取存儲器中，通過數據分析，判斷對象輸出的波形是否出現穩定振蕩的極限環。并根據對象輸出波形是否是極限環情況，采用不同的不同的調節方式，解析計算出系統模型參數。此專利只是針對于不穩定時滯過程的系統的參數辨識。?

申請公布號CN?101968628?A（申請號201010276412.X）的中國專利文獻公開了一種針對時變時滯不確定系統的飽和自調整控制器，包括自調整限幅器、常規PID控制器和抗積分飽和器三部分，通過其仿真效果圖可以看出，該專利設計的控制器具有較好的控制性能。?

在控制系統設計過程中，往往只注重設定值跟蹤性能而忽略或降低了對擾動的抑制作用要求，這樣對實際生產是非常不利和有害的。?

發明內容