[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410385307.8
• 申請(qǐng)日: 2014-08-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104166405B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王良勇;曲鈞天;柴天佑;遲瑛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05D9/00
• 分類(lèi)號(hào): G05D9/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司21109
• 代理人: 朱光林

1.一種基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：設(shè)定液位目標(biāo)值，啟動(dòng)水泵，水泵開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并從蓄水池抽水，水流經(jīng)流量檢測(cè)裝置后進(jìn)入密封容器或開(kāi)口容器中；

步驟2：通過(guò)密封容器或開(kāi)口容器中的液位傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)液位高度；

步驟3：建立基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)腜I控制模型，該模型的輸入為液位目標(biāo)值和液位高度測(cè)量值形成的偏差信號(hào)，該模型的輸出是用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵的脈沖寬度調(diào)制占空比；

步驟3.1：建立液位系統(tǒng)的低階線性模型：

A(z^-1)y^*(k+1)＝B(z^-1)u(k)

其中，y^*(k+1)為液位系統(tǒng)的低階線性模型輸出，控制量u(k)為用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵的脈沖寬度調(diào)制占空比，A(z^-1)、B(z^-1)為液位系統(tǒng)的低階線性模型的參數(shù)多項(xiàng)式，A(z^-1)＝1+α₁z^-1，B(z^-1)＝β₀，α₁,β₀均為常數(shù)；

步驟3.2：將液位傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的液位高度與液位系統(tǒng)的低階線性模型輸出的差值作為虛擬未建模動(dòng)態(tài)；

步驟3.3：建立基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)離散模型：

A(z^-1)y(k+1)＝B(z^-1)u(k)+V[x(k)]

其中，V[x(k)]為k時(shí)刻的虛擬未建模動(dòng)態(tài)，y(k+1)為液位傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的液位高度；

步驟3.4：建立基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制模型：

u(k)=(Kp+KI1-z-1)[w(k)-y(k)]-K(z-1)V[x(k-1)]=G(z-1)H(z-1)[w(k)-y(k)]-K(z-1)V[x(k-1)]]]>

其中，w(k)-y(k)為液位目標(biāo)值和液位高度測(cè)量值形成的偏差信號(hào)，K_P和K_I分別為基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制模型的比例系數(shù)和積分系數(shù)，G(z^-1)，H(z^-1)表示為基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制模型的加權(quán)多項(xiàng)式，H(z^-1)＝1-z^-1，G(z^-1)＝g₀+g₁z^-1，g₀＝K_p+K_I，g₁＝-K_p，V[x(k-1)]為k-1時(shí)刻的虛擬未建模動(dòng)態(tài)，K(z^-1)為虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償多項(xiàng)式；

步驟3.5：采用閉環(huán)極點(diǎn)配置方法確定基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制模型的加權(quán)多項(xiàng)式H(z^-1)和G(z^-1)，進(jìn)而得到K_P和K_I；

步驟3.6：根據(jù)液位傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)的液位高度與液位系統(tǒng)的低階線性模型輸出的差值求解k-1時(shí)刻的虛擬未建模動(dòng)態(tài)V[x(k-1)]；

步驟3.7：將基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制模型代入基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)離散模型，得到液位系統(tǒng)的閉環(huán)方程：

[H(z^-1)A(z^-1)+z^-1B(z^-1)G(z^-1)]y(k+1)＝B(z^-1)G(z^-1)w(k)+[H(z^-1)-B(z^-1)K(z^-1)]V[x(k-1)]+H(z^-1)ΔV[x(k)]

其中，w(k)為設(shè)定的液位目標(biāo)值，ΔV[x(k)]為虛擬未建模動(dòng)態(tài)增量，Δv[x(k)]＝v[x(k)]-v[x(k-1)]；

步驟3.8：令H(z^-1)-B(z^-1)K(z^-1)＝0，確定虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償多項(xiàng)式K(z^-1)；

步驟3.9：將K_P、K_I、V[x(k-1)]、K(z^-1)和w(k)-y(k)代入建立的基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制模型，得到用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵的脈沖寬度調(diào)制占空比u(k)；

步驟4：根據(jù)脈沖寬度調(diào)制占空比驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)水泵，使液位高度達(dá)到液位目標(biāo)值，完成液位系統(tǒng)控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)PI控制方法，其特征在于：步驟3.3所述的基于虛擬未建模動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)囊何幌到y(tǒng)離散模型中的液位系統(tǒng)低階線性模型參數(shù)多項(xiàng)式A(z^-1)、B(z^-1)是通過(guò)對(duì)液位系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)得到或者通過(guò)工業(yè)過(guò)程中的PI參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值反向求解得到。