[發明專利]單調整系數預測函數控制設計方法

有效

• 申請號: 201810184725.9
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108445754B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 胡建根;尹峰;李泉;羅志浩;蘇燁;陳波
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力有限公司電力科學研究院;國家電網公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

本發明公開了一種單調整系數預測函數控制設計方法。在工業過程控制系統中，常有一類控制對象的數學模型其遲延時間與慣性時間比值大于0.5，具有大遲延特性。目前廣泛采用串級PID、導前微分控制等，難以取得滿意的控制效果。本發明包括如下步驟：將工業過程控制系統中一階慣性環節加純遲延對象作為預測被控模型，采用一個階躍函數，得出最優控制律，令預測步長為1得到一種單步最優控制律；利用單個調整系數方法，根據被控對象遲延時間和慣性時間設計單調整系數公式，給出具體的最優控制律；對最優控制律進行仿真驗證。本發明保證了預測控制系統具有較強的魯棒性；提高大滯后系統的控制品質；便于工程應用，同時參數整定簡單，控制性能優良。

技術領域

本發明涉及預測函數控制設計，具體地說是一種單調整系數預測函數控制設計方法。

背景技術

在工業過程控制系統中，常有一類控制對象的數學模型其遲延時間與慣性時間比值大于0.5，具有大遲延特性。目前廣泛采用串級PID、導前微分控制等，難以取得滿意的控制效果。

為提高控制系統的控制品質，保證控制系統安全、高效運行，需要設計出有效的預測控制系統。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種針對一類大滯后對象的單調整系數預測函數控制設計方法，以保證預測函數控制具有較強的魯棒性，提高大滯后系統的控制品質。

為此，本發明采用如下的技術方案：單調整系數預測函數控制設計方法，將工業過程控制系統中一階慣性環節加純遲延對象作為預測被控模型，該對象的特征是純遲延時間相對于慣性時間的比值大于0.5，其包括如下步驟：

1)采用一個階躍函數，得出最優控制律，令預測步長為1得到一種單步最優控制律；

2)利用單個調整系數方法，根據被控對象遲延時間和慣性時間設計單調整系數公式，給出具體的最優控制律；

3)對最優控制律進行仿真驗證。

作為上述技術方案的補充，所述的預測被控模型為：

其中

式中，K_m為對象增益，T_m為對象慣性時間，T_d為對象延遲時間；

步驟1)中，當采用階躍函數時有：

u(k+i)＝u(k),i＝1,2...H-1，

式中，u(k+i)為第k+i時刻被控對象的控制量，u(k)為第k時刻被控對象的控制量，H為預測時域；

當T_d＝0時，將對象離散化，并對性能指標求偏導獲得最優控制律為：

式中，c(k+H)為第k+H時刻被控對象的設定值，c(k)為第k時刻被控對象的設定值，y(k)為第k時刻被控對象的輸出，y_m(k)為第k時刻預測被控模型的輸出，，T_R表示設定值濾波時間常數，T_s表示采樣周期；

令H＝1，則上式得：

由于是階躍信號，c(k+1)＝c(k)，因此由上式得：

式中，e(k)＝c(k)-y(k)，T_R表示設定值濾波時間常數，T_s表示采樣周期；

步驟2)中，令為調整系數m，得出單調整系數預測函數控制律：

作為上述技術方案的補充，調整系數m的計算公式如下：