[發(fā)明專利]基于正反輸入系統(tǒng)的分配型廣義預測控制方法

有效

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• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103760770A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設計）人: 姜芝君;莫勝勇;姚科;楊毅;高福榮
• 申請（專利權）人: 廣州市香港科大霍英東研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

技術領域

本發(fā)明涉及工業(yè)控制方法，尤其是基于正反輸入系統(tǒng)的分配型廣義預測控制方法。

背景技術

正反輸入系統(tǒng)廣泛存在于工業(yè)控制中，是指在一個控制系統(tǒng)中，有兩個相悖的輸入信號，正輸入系統(tǒng)使輸出產(chǎn)生正效應，負輸入系統(tǒng)使輸出產(chǎn)生負效應。這種系統(tǒng)的存在是因為有些時候控制器需要正輸入來獲得想要的結果，但是有時候需要負輸入來移除多余的能量。

目前大部分技術，主要還是局限于將兩個正反輸入變量來分開考慮，即使整體放一起考慮也沒有考慮到不同的輸入變量的特性。針對正反輸入系統(tǒng)的控制，主要有兩類，一類是為正反兩個輸入設計兩個不同的控制器單獨控制，典型的有：雙PID控制，針對兩個不同的控制系統(tǒng)，分別設計一套PID控制器來進行分別的控制。對于雙PID控制，在一定的條件下，能獲取比較好的控制結果。但是由于正反輸入在這種情況下，會同時開啟，從而照成能源的浪費。這主要是因為這些方法沒有正反兩個輸入綜合起來考慮。

另外一類用于正反輸入系統(tǒng)的方法是分程控制，比如PID型分程控制。這類方法設計的控制器把正反輸入歸納為一個操縱變量，然后設計PID控制器來控制，根據(jù)輸出結果處于哪個區(qū)間來分配控制正輸入還是反輸入。對于PID型分程控制，這種控制方法由于每個時刻只有一個輸入會被打開，能節(jié)約能源，但由于沒有考慮到正反輸入對輸出的響應特性是不一樣的，特別是在操縱變量在零附近切換的時候，得到的控制結果會惡化。所以這是一種通過損害控制性能來節(jié)能的方法。在很多生產(chǎn)過程中，低精度控制是會損害到產(chǎn)品的質量的。比如：在塑料擠出生產(chǎn)過程中，先對料筒進行預熱，當溫度到達設定值時，可以啟動電機，這時生料會順著料斗進入料筒，在螺桿和料筒的剪切作用下，物料融化并且傳送到擠出機模頭，并通過口模成型后，獲得想要的產(chǎn)品。在整個擠出過程中，溫度、壓力等過程變量對產(chǎn)品質量至關重要，溫度的波動會造成產(chǎn)品質量的波動，對于一些熱敏性材料，溫度過高還可能會造成材料降解，導致廢料的產(chǎn)生，所以精確的溫度控制至關重要。但是現(xiàn)有的擠出機溫度控制系統(tǒng)，大部分只是針對加溫系統(tǒng)來做研究，并沒有考慮到冷卻系統(tǒng)的控制。冷卻系統(tǒng)用于帶走螺桿旋轉剪切物料時產(chǎn)生的多余的熱量。近年來，有一些溫度控制系統(tǒng)考慮到冷卻系統(tǒng)的控制，但是控制結果不理想，加溫和冷卻會不斷切換，浪費能源。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是：提供一種基于正反輸入系統(tǒng)的高精度且節(jié)能效果好的分配型廣義預測控制方法。

本發(fā)明所采用的技術方案是：基于正反輸入系統(tǒng)的分配型廣義預測控制方法，包括有以下步驟：

A、從正反輸入系統(tǒng)的傳感器獲取該系統(tǒng)的正輸入、反輸入、正輸入?yún)?shù)和反輸入?yún)?shù)；

B、將正輸入?yún)?shù)和反輸入?yún)?shù)合成為單輸入?yún)?shù)；

C、利用廣義預測控制算法以及單輸入?yún)?shù)對正輸入和反輸入進行處理，從而得到單輸入；

D、根據(jù)正輸入、反輸入和單輸入之間的等價關系、正輸入的時滯和反輸入的時滯計算出正反輸入系統(tǒng)的預期正輸入或預期反輸入；

E、根據(jù)預期正輸入或預期反輸入對正反輸入系統(tǒng)進行控制。

進一步，所述步驟A中正輸入?yún)?shù)包括有正輸入時滯參數(shù)θ_h、正輸入增益K_h和正輸入時間常數(shù)τ_h，所述反輸入?yún)?shù)包括有反輸入時滯參數(shù)θ_c、反輸入增益K_c和反輸入時間常數(shù)τ_c。

進一步，所述步驟B中單輸入?yún)?shù)包括有單輸入時滯參數(shù)θ、單輸入增益K和單輸入時間常數(shù)τ，所述單輸入?yún)?shù)的計算公式分別為ττh+τc2,K=Kh+Kc2]]>和θ＝min(θ_h,θ_c)。

進一步，所述正輸入、反輸入和單輸入之間的等價關系為：所述正輸入對應的正輸出與所述反輸入對應的反輸出的總輸出應等于單輸入所對應的單輸出。