[發(fā)明專利]一種工業(yè)不穩(wěn)定時滯過程二自由度控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810141465.7
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108490767A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 尹浩;鄧剛毅;林淑怡;張衛(wèi)東;羅均;韓華翔
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發(fā)明涉及一種工業(yè)不穩(wěn)定時滯過程二自由度控制器，二自由度控制器包括用于鎮(zhèn)定不穩(wěn)定過程和抑制擾動的鎮(zhèn)定控制器G_d，以及用于控制輸入響應性能的性能控制器G_c和濾波器F。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可用于滯后時間常數(shù)與不穩(wěn)定時間常數(shù)的比小于2的不穩(wěn)定對象的控制，具有結(jié)構(gòu)簡單，應用范圍廣，使用簡單的優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種工業(yè)不穩(wěn)定時滯過程控制器，尤其是涉及一種工業(yè)不穩(wěn)定時滯過程二自由度控制器。

背景技術(shù)

許多工業(yè)生產(chǎn)過程的動態(tài)特性呈現(xiàn)出不穩(wěn)定或臨界不穩(wěn)定的特征，譬如造紙生產(chǎn)過程的加壓流漿箱的液位，或者火力發(fā)電機組的鍋爐液位，這類對象很不容易控制。以前針對自衡對象所發(fā)展起來的控制器大都不能用于不穩(wěn)定對象的控制，困難主要來自兩個方面：一方面，右半平面極點的存在使得控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定非常困難；另一方面，純滯后和右半平面零點的同時存在極大地約束了可以達到的系統(tǒng)性能。

過去幾十年發(fā)展了幾類基于PID的控制器來控制一階加時滯不穩(wěn)定對象，主要的方法有兩類。一類方法是從相位裕度條件出發(fā)設計控制器，這類方法的局限是滯后時間常數(shù)與不穩(wěn)定時間常數(shù)的比小于1，故不能應用到滯后時間常數(shù)與不穩(wěn)定時間常數(shù)的比大于1的對象上。另一類方法是定義最優(yōu)性能指標，然后通過求解獲得控制器。這類方法可以用于控制滯后時間常數(shù)與不穩(wěn)定時間常數(shù)的比小于2的對象，但是設計過程和結(jié)果都較為復雜，很難在實際中應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種工業(yè)不穩(wěn)定時滯過程二自由度控制器。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種工業(yè)不穩(wěn)定時滯過程二自由度控制器，二自由度控制器包括用于鎮(zhèn)定不穩(wěn)定過程和抑制擾動的鎮(zhèn)定控制器G_d，以及用于控制輸入響應性能的性能控制器G_c和濾波器F，所述的二自由度控制器的傳遞函數(shù)為：

Y(s)＝Y(jié)_r(s)R(s)+Y_d(s)D(s)，

其中，Y(s)為二自由度控制器輸出，R(s)為二自由度控制器輸入，D(s)為擾動，為對象模型的傳遞函數(shù)，Ge^-Ls為實際對象的傳遞函數(shù),G_m為對象模型的傳遞函數(shù)中除延時部分以外的傳遞函數(shù)，G為實際對象的傳遞函數(shù)中除延時部分以外的傳遞函數(shù)，L_m、L為延時時間，s為拉普拉斯變換中的復變量。

所述的鎮(zhèn)定控制器G_d為PID控制器：

k_p為鎮(zhèn)定控制器比例參數(shù)，k_i為鎮(zhèn)定控制器積分參數(shù)，k_d為鎮(zhèn)定控制器微分參數(shù)，s為復變量。

鎮(zhèn)定控制器k_p、k_i和k_d通過如下方式獲取：

(11)將實際對象轉(zhuǎn)化為一階不穩(wěn)定時滯對象，即：

則鎮(zhèn)定控制器k_p取值為：

其中α₁是以下方程在(0,π)區(qū)間內(nèi)的解：

k和T為一階不穩(wěn)定時滯對象的參數(shù)；

(12)滿足k_p取值范圍條件下選取使得二自由度控制器的擾動輸出響應的極點位于坐標軸左平面內(nèi)的k_i和k_d。