[發明專利]一種基于新型二自由度內模PID的加熱爐溫度控制方法

有效

• 申請號: 201811448501.0
• 申請日: 2018-11-29
• 公開（公告）號: CN109557810B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 張日東;李孜偉
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發明公開了一種基于新型二自由度內模PID的加熱爐溫度控制方法，包括如下步驟：步驟1、設計內模控制結構；步驟2、改進的二自由度內模控制結構的設計；步驟3、穩定過程的控制器設計及整定。該方法改進了二自由度內模控制結構，通過對設定點跟蹤控制器的參數加入加權因子，方便在線整定并達到良好的設定點跟蹤，針對一階和二階時滯過程采用不同的PID控制器的形式進行的控制器的等效設計，簡單方便的得到控制器的各個整定參數，并且能夠使系統同時滿足良好的跟蹤性能和干擾抑制性能，系統的控制要求也能夠得到保證。

技術領域

本發明屬于自動化技術領域，涉及一種基于新型二自由度內模PID的加熱爐溫度控制方法。

背景技術

在實際控制過程中，PID控制器在工業生產過程中有很高的使用率，但隨著對產品的控制精度和安全操作的要求越來越高，普通的PID控制器往往不能達到要求。對于帶有時滯的模型不確定/不匹配的過程，設計的控制方法往往比較復雜，又不能同時兼顧設定點跟蹤特性和抗干擾特性，因此研究一種新型二自由度內模PID控制方法是有必要的。

發明內容

本發明目的是針對傳統的二自由度內模控制方法在工業過程生產中大時滯、控制精度不足、控制器設計復雜、模型不確定/不匹配等問題，提出了一種基于新型二自由度內模PID的加熱爐溫度控制方法。該方法在基于內模控制結構設計的基礎上，設計了一種新的二自由度內模控制結構，采用精確的時間延遲近似方法，通過選擇互補靈敏度函數以及和傳統的二自由度內模控制結構等效得到二自由度的兩個控制器。然后對設定點跟蹤控制器的參數通過加權因子，方便整定和達到更好的設定點跟蹤控制。最后通過針對一階和二階時滯過程采用不同的PID控制器的形式進行的控制器的等效設計，簡單方便的得到控制器的各個整定參數。與傳統的一些方法相比，本申請所提出的新型二自由度內模PID控制方法，能夠同時實現良好的設定點跟蹤和干擾抑制性能，并且設計簡單，具有針對性，控制精度得到了很大的提高。

本發明方法的步驟包括：

步驟1、設計內模控制結構，具體步驟是：

1.1根據圖1的傳統的內模控制結構設計結構，其中，G(s)代表受控過程被控過程對象，M(s)代表過程模型，G_IMC(s)代表內模控制器；r表示控制系統的輸入；y表示控制系統的輸出；d表示干擾信號。

1.2系統輸出的閉環傳遞函數：

1.3如果模型準確時，即G(s)＝M(s)時：

y＝G_IMC(s)G(s)r+[1-G_IMC(s)M(s)]d

可以知道，設定點跟蹤特性和抗干擾抑制特性是與G_IMC(s)相關的。

1.4為了克服模型失配不確定性等問題，使實際控制器實現問題，利用內模控制設計過程，將過程模型分解為：

M(s)＝M₊(s)M_-(s)

其中，M₊(s)是過程模型不可逆的部分，M_-(s)是過程模型可逆的部分。

1.5選擇內模控制器G_IMC(s)作為可逆部分的倒數，即：

1.6為了使得內模控制器合適并且可以實現，增加一個內模控制低通濾波器，低通濾波器傳遞函數用于使控制器穩定，設計的內模控制濾波器形式是：

其中λ是調整參數，r選擇足夠大以滿足IMC控制器合適；

1.7通過步驟1.5到1.6，內模控制器為：