[發(fā)明專(zhuān)利]一種微分超前廣義智能內(nèi)部模型集PID控制器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711358711.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108132596B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文新;李全善;王曦
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京世紀(jì)隆博科技有限責(zé)任公司
• 主分類(lèi)號(hào): G05B11/42
• 分類(lèi)號(hào): G05B11/42;G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開(kāi)了一種微分超前廣義智能內(nèi)部模型集PID控制器設(shè)計(jì)方法，屬于流程工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。本方法在微分超前控制器設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，綜合生產(chǎn)控制回路過(guò)程對(duì)象多時(shí)段、多工況的有效模型集，智能選取出適應(yīng)多種工況的全局優(yōu)化控制器，解決了常規(guī)控制器設(shè)計(jì)方法難以適應(yīng)工況變化的缺陷，實(shí)現(xiàn)該控制回路能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，該設(shè)計(jì)全局優(yōu)化控制器回路結(jié)構(gòu)；同時(shí)，采用的優(yōu)化算法可快速選取出一組智能控制器參數(shù)，直接在PID控制器實(shí)施，使得在該組控制器參數(shù)控制下，被控過(guò)程對(duì)象的輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)在上述性能指標(biāo)η_ITAE的約束下，使得該性能指標(biāo)取值最小，實(shí)現(xiàn)適應(yīng)多工況的全局優(yōu)化智能控制器控制目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流程工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微分超前廣義智能內(nèi)部模型集PID控制器設(shè)計(jì)方法，該方法可以應(yīng)用于流程工業(yè)生產(chǎn)裝置控制回路多工況全局優(yōu)化的控制器設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，一套生產(chǎn)裝置通常包含少則上百，多則上千的過(guò)程控制回路，且裝置運(yùn)行工況隨著原料改變、加工需求調(diào)整或環(huán)境因素變化而變化，對(duì)于靠經(jīng)驗(yàn)整定的單一控制器參數(shù)難以適應(yīng)多工況變化的控制性能，在工況變化時(shí)，操作人員往往采用手動(dòng)控制方式控制目標(biāo)參數(shù)，待生產(chǎn)過(guò)程操作工況處于新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，原有的控制器參數(shù)難以達(dá)到有效控制，須經(jīng)由工程師對(duì)相關(guān)回路控制器進(jìn)行重新整定才能穩(wěn)定投用，裝置自動(dòng)化水平和運(yùn)行平穩(wěn)性受到了嚴(yán)重影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)所描述的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種微分超前廣義智能內(nèi)部模型集PID控制器設(shè)計(jì)方法。該方法融合了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)及工藝生產(chǎn)技術(shù)，充分利用工業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘方法，采用先進(jìn)的建模技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程回路對(duì)象建立多時(shí)段、多工況模型，并形成有效模型集，模型集包含了回路多工況對(duì)象精準(zhǔn)模型。在回路模型集基礎(chǔ)上，提出了一種控制器設(shè)計(jì)方法，該方法可在不改變?cè)蠵ID控制器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上直接實(shí)施。將該控制器設(shè)計(jì)方法與回路對(duì)象多工況模型集結(jié)合，設(shè)計(jì)出適應(yīng)多種工況的全局優(yōu)化智能控制器，解決了常規(guī)控制器設(shè)計(jì)方法難以適應(yīng)工況變化的缺陷，實(shí)現(xiàn)控制回路長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種微分超前廣義智能內(nèi)部模型集PID控制器設(shè)計(jì)方法，在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，被控變量往往要求平緩的變化，即使在工藝需要改變生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)，也需要各被控變量平緩地過(guò)渡到新的穩(wěn)態(tài)。為防止設(shè)定值改變或輸入有高頻干擾信號(hào)時(shí)造成輸出波動(dòng)幅度大，嚴(yán)重時(shí)可造成事故的風(fēng)險(xiǎn)，因此，引入了微分超前PID(PI-D)控制，如圖1所示，即微分只對(duì)測(cè)量值起作用，比例和積分對(duì)偏差起作用，如此設(shè)定以避免設(shè)定值變化造成的輸出參數(shù)大幅波動(dòng)。

圖1中，R(s)為回路設(shè)定值；Y(s)為被控變量輸出值；為控制器的比例和積分作用部分傳遞函數(shù)，K為比例系數(shù)，T_I為積分時(shí)間常數(shù)；為微分部分傳遞函數(shù)，T_D為微分時(shí)間常數(shù)，α為微分放大系數(shù)，取值為0.05～0.1；G_P(s)為過(guò)程對(duì)象傳遞函數(shù)；s為拉普拉斯變換算子。

為實(shí)現(xiàn)圖1所示控制回路得到有效控制，本發(fā)明提出了一種控制器設(shè)計(jì)方法，該方法的控制回路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2中，λ為魯棒提升系數(shù)，在控制器參數(shù)設(shè)計(jì)階段計(jì)算求得，該魯棒提升系數(shù)的適當(dāng)取值有利于回路的魯棒性能；G′_P(s)為名義過(guò)程控制對(duì)象傳遞函數(shù)，由圖1中可得：

對(duì)圖2進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)換，得如圖3所示的微分超前廣義內(nèi)部模型控制回路結(jié)構(gòu)圖，由圖可見(jiàn)新方法結(jié)構(gòu)上和內(nèi)模控制原理有相似之處，故稱(chēng)為廣義內(nèi)部模型控制。

圖3中，G_C(s)稱(chēng)為廣義內(nèi)部模型控制器，其傳遞函數(shù)如下：