[發明專利]一種在單回路數字控制器上實現的智能控制方法

在審

• 申請號: 201310602323.3
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103645634A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 劉雨
• 申請（專利權）人: 大連海聯自動控制有限公司
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02;G05B23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種將PID參數自整定與多模態控制相結合的仿人智能控制算法，并在單回路數字控制器上予以實現。數字調節器具有PID參數自整定功能并向智能化和實用性方向發展;采用多模態控制方式是設計仿人智能控制器(SHIC)的基本原則之一，并在采用8031單片機的DMC-002型數字控制器上予以實現。

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為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：

1、PID控制參數自整定

PID控制參數自整定方法是基于Nyquist曲線上一個特征點的信息來整定PID參數的方法。這種方法不需要測辨被控對象的數學模型，其整定的關鍵是系統必須產生等幅振蕩，然后按照給定公式計算PID參數值，這就是通常所稱的臨界比例度整定方法。由于工業生產過程經常存在許多不確定因素，要得到系統真正的等幅振蕩并保持一段時間是相當困難的。如果不慎則可能引起系統發散振蕩。因此對于要求嚴格的生產過程，這個方法是難以實用的。因此本發明采用用繼電非線性環節來代替比例控制器使閉環系統自動穩定在等幅振蕩狀態。振蕩幅值可通過改變繼電特性的特征值加以調整，這樣對實際生產過程不會產生大的影響，滿足了實用化要求。

2、仿人多模態智能控制

多模態控制是在控制過程中根據系統的不同特征狀態，控制器采用不同的控制策略和控制模式的一種控制方法。MC的工作過程是：通過特征識別確定系統當前所處的特征運動狀態，并立即采用相應的控制模態。例如，當系統偏差較大時，采用較強的控制量使系統獲得較大的響應速度以迅速減小偏差；當偏差減小到一定值時，為減小系統因慣性而產生的超調，可通過模式切換減小控制作用或給一個反向的能量補償，以實現殘差的平穩消除。因此Mc的控制過程可看作是對人(控制專家)的啟發式和直覺推理邏輯的模仿。多模態智能控制的實質是模仿專家對系統過渡過程進行分段控制，本發明的MC算法采用如下四種控制模式。

MC1:?

IF?e>DL₃?THEN?U(n)=U_H

MC2:?

IF?e<-DL₃?THEN?U(n)=U_L

MC3:?

IF?|e|<bΠ|e|?<d?THEN?U(n)=U(n一1)?(保持模式1)

MC4:?

IF?e*e<0Π|e|>bΠ|△e|<d?THEN?U(n)=Uc+K₁*K₂*S*Em???(K₂>l，加強控制作用)

3?監控調度自整定與多模態控制的專家系統

經過預整定的控制系統在實際運行過程中,若負荷或設定值有較大變化時，已整定的PID參數往往已不能適應新的工況而需要再次整定。但此時被控量波動較大，參數自整定算法難以投入。在此情況下本系統采用MC算法，以較強的控制作用在較短時間內使被控參數波動趨于平穩；待系統偏差及其變化率減少到符合自整定要求時，重新投入自整定算法,尋找出一組適應新工況的控制參數并自動投入閉環運行。參數自整定程序中還包含對繼電環節特征

值的自學習過程,使M值在運行中不斷優化以適應不同被控對象和不同工況的要求。上述過程在專家系統ES的監控調度管理下進行,系統組成結構方框圖如圖1所示。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1）、系統的數字仿真、模一數混合仿真實驗和工業現場運行結果表明，本文的智能控制算法切實可行，控制特性優良，適用于工業過程控制諸多領域。

2）、本發明的專家系統在工作過程中了，使得控制器在控制的同時也進行過程監測；由于ST和MC兩種算法可以相互切換和協調工作，從而克服了單獨采用改進型ziegler-Nichofs方法在被控參數大幅度變化時系統需要重新自整定而又難以投入ST的缺點。

3）、本發明的參數自整定與多模態控制算法已在實驗室分別進行了模擬一數字混合仿真和數字仿真，并在工業現場進行了試驗。實驗結果表明，本發明的算法切實可行，采用本算法的DMC-002單回路數字調節器具有良好的動態品質、穩態精度和魯棒性。