[發明專利]大時滯化工生產過程的預測輸出兩自由度控制方法

在審

• 申請號: 201710030609.7
• 申請日: 2017-01-17
• 公開（公告）號: CN106873658A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 劉濤;陳越玲;任旭輝;耿新鵬;趙珺;王偉;仲崇權
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 梅洪玉

1.一種大時滯化工生產過程的預測輸出兩自由度控制方法，其特征在于如下步驟：

步驟一：簡化廣義預估器結構

針對過程模型如下所示：

其中G(z)表示無延遲部分，d為時間延遲；濾波器F₁(z)和F₂(z)用于預估無延遲過程輸出二者的形式如下：

其中：

m為中零點的個數,n_h為用戶自定義階次，{A,B,C}為的狀態空間最小實現b和c是上面無延遲模型G(z)的狀態空間表達式中輸入和輸出系數矩陣，λ是濾波器F₁(z)和F₂(z)中的一個可調參數；

針對具有時滯響應的開環穩定、積分和不穩定過程，其傳遞函數分別如下：

其中，|z_p|＜1，|z_u|＞1且|z₀|＜1；

步驟二：設計抗干擾控制器

廣義預估控制結構中，C_f為閉環抗干擾控制器，其中一個可調節參數記為λ_f；針對開環穩定、積分和不穩定過程，該控制器分別設計如下：

a)穩定過程

1)|z_p|＜λ_f,即z_p遠離單位圓；

2)|z_p|＞λ_f，即z_p接近單位圓；

其中：

b)積分過程

1)|z_p|＜λ_f，即z_p遠離單位圓；

如果z₀沒有負實部,控制器設計為

其中：

如果z₀含有負實部,控制器設計為

2)|z_p|＞λ_f，即z_p靠近單位圓；

如果z₀沒有負實部,控制器設計為

其中：

如果z₀含有負實部,控制器設計為

c)不穩定過程

1)|z_p|＜λ_f，即z_p遠離單位圓；

如果z₀沒有負實部,控制器設計為

如果z₀含有負實部,控制器設計為

2)|z_p|＞λ_f，即z_p靠近單位圓；

如果z₀沒有負實部,控制器設計為

其中

如果z₀含有負實部,控制器設計為

步驟三：設定點跟蹤控制器

在閉環抗干擾控制器C_f(z)設計完成的情況下，可以得到輸出到設定點間的傳遞函數

其中T_d(z)可以被分解為全通部分T_dA(z)和最小相位部分T_dM(z),即

T_d(z)＝T_dA(z)T_dM(z)

因而該控制器設計為：其中n_g為正整數使得T_dM(z)保持半正則，即分子分母含有相同階次；n_f是用戶自定義的階次，λ_s為可調參數；

步驟四：整定控制器參數

單調地增大設定值跟蹤控制器C_s(z)的調節參數λ_s使設定點跟蹤響應變慢，提高在有對象不確定性情況下的跟蹤響應魯棒性，反之亦然；單調地減小閉環反饋控制器C_f(z)的調節參數λ_f加快閉環反饋控制性能，但在有對象不確定性情況下會使比閉環魯棒穩定性變差，反之亦然；結合實際升溫裝置的輸出功率限幅條件，通過在線單調地增大或減小這兩個控制參數λ_s和λ_f，達到快速無超調升溫控制效果。