[發明專利]煉油加熱爐爐膛壓力的多變量預測控制PID控制方法

在審

• 申請號: 201510653890.0
• 申請日: 2015-10-10
• 公開（公告）號: CN105159097A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發明（設計）人: 張日東;吳勝;王玉中;王俊宏
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于自動化技術領域，涉及一種基于預測函數控制優化的煉油加熱爐爐膛壓力比例積分微分(PID)控制方法，具體的是一種煉油加熱爐爐膛壓力的多變量預測控制PID控制方法。

背景技術

化工過程是我國流程工業過程的重要組成部分，其要求是供給合格的工業產品，以滿足我國工業的需要。在目前工業控制中，因為傳統的PID控制技術具有結構簡單、魯棒性好、易于操作等優點，所以在工業中得到了廣泛的應用。煉油加熱爐爐膛是一個典型的多輸入多輸出(MIMO)對象，傳統的PID控制理論針對多變量對象的控制參數整定過程比較復雜，計算量比較大，控制性能差，往往不能滿足實際化工過程中日益嚴格的控制精度和產品質量要求，更加先進、控制效果更好的算法仍然有待研究。針對多變量過程的先進控制方法有很多，現已取得了一定的成果。預測函數控制(PFC)是其中的一種先進控制方法，具有實時性好，輸入規律明確且能夠有效地減少算法的計算量等優點。如果能夠將PFC控制性能好和PID控制結構簡單的特性進行結合，使實際的多變量控制系統同時具備PFC和PID二者的優良特點，這樣既能夠保證控制結構的形式簡單，又能夠獲得更好的控制效果。

發明內容

本發明的目的是針對現有的化工過程系統控制技術的不足之處，提供一種煉油加熱爐爐膛壓力的多變量預測控制PID控制方法。該方法彌補了傳統控制方式的不足，保證具備良好控制性能，同時又具備PID控制的簡單形式，在對多變量也具有良好的控制效果。

本發明方法首先基于煉油加熱爐爐膛壓力對象的實時多輸入多輸出數據建立煉油加熱爐爐膛壓力對象的狀態空間模型，然后結合狀態過程和輸出誤差建立擴展的非最小狀態空間模型。在此模型的基礎上，依據預測函數控制的方法來優化PID控制器的參數，最后對被控對象實現PID控制。

本發明的技術方案是通過數據采集、模型建立、優化等手段，提供一種煉油加熱爐爐膛壓力的多變量預測控制PID控制方法，從而在實際過程中對多變量獲得更好地控制性能，有效提高系統的控制性能。

本發明方法的步驟包括：

步驟1、建立被控對象的擴展非最小狀態空間模型，具體步驟是：1.1通過采集被控對象的實時輸入輸出數據，利用最小二乘法建立多輸入多輸出系統模型。形式如下：

Y(k+1)+L₁Y(k)+L₂Y(k-1)+……+L_nY(k-n+1)＝S₁U(k)+S₂U(k-1)+……+S_nU(k-n+1)

其中，Y(k)表示k時刻預測系統模型的q維輸出值，U(k)表示k時刻p維輸入，L₁,L₂,……，L_n為需要辨識的標量系數，S₁,S₂,……,S_n為待辨識的q×p矩陣。