[發明專利]具有不確定性的T-S模型的工業爐溫度控制方法

有效

• 申請號: 201910314924.1
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110017696B
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 付世州;張君;周紹生;張富生
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: F27D19/00
• 分類號: F27D19/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種具有不確定性的T?S模型的工業爐溫度控制方法。本發明采用兩步差分的思想，對系統進行溫度控制器設計；然后通過并行分布補償技術，設計相應的模糊狀態反饋控制器；再通過選取合適的李雅普諾夫函數，結合線性矩陣不等式理論，得到使閉環系統快速穩定的按照參考軌跡到達設定的爐溫。本發明可有效抑制和消除爐溫控制系統中的混沌現象，得到的模糊控制器可使閉環系統全局漸進穩定，為模糊控制器設計提供了一種新的設計方法。

技術領域

本發明屬于工業控制領域，特別涉及一種具有不確定性的T-S模型的工業爐溫度控制方法。

背景技術

爐溫控制廣泛用于各種工業生產過程中，如冶金、化工、建材等行業。其控制過程是：根據傳感器檢測到的溫度與給定溫度的偏差，通過傳統的PID控制規律，控制或調節給煤量、電壓、燃氣等，從而控制溫度的輸出，是典型的反饋控制系統。該系統是一個非線性控制系統，控制變量多，并且存在諸如燃氣質量、空氣成分、電壓波動等諸多不確定因素，因此，用傳統的控制規律控制效果是不能令人滿意的效果，為克服上述存在的缺點，本發明在對工業爐溫度模糊控制器的設計上采用模糊控制的方法。該方法具有魯棒性好、動態響應好、上升時間快和超調小的優點。

發明內容

本發明是針對以往的爐溫控制系統中未考慮系統自身的參數不確定性以及爐溫響應速度慢的缺點而提出的一種新的爐溫控制器優化方法。

本發明針對具有不確定性的T-S模型的工業爐溫度控制系統提供了一種新的控制器設計方法。基于該模型，采用兩步差分的思想，對系統進行溫度控制器設計；然后通過并行分布補償技術，設計相應的模糊狀態反饋控制器；再通過選取合適的李雅普諾夫函數，結合線性矩陣不等式理論，得到使閉環系統快速穩定的按照參考軌跡到達設定的爐溫(也即系統到達全局漸近穩定狀態)。

本發明解決技術問題所采取技術方案：

1.建立工業爐溫度控制T-S模糊系統模型

將工業爐溫度控制系統傳遞函數模型轉換為狀態空間方程，考慮系統自身具有不確定性，通過模糊規則對工業爐溫度控制系統進行T-S模糊建模，其IF-THEN規則描述形式如下：

式中是前件變量f_l(x(k))在第i()個規則中的模糊集合，其中：l＝1,2,…,r，i＝1,2,…,s；是系統態向量，是系統的控制輸入向量，是系統輸出向量，A_i,ΔA_i,B_i,ΔB_i,C_i,D_i是系統已知參數矩陣，表示歐式空間。

通過單點模糊化，乘積推理和中心平均反模糊化方法，得到具有不確定性的爐溫控制系統總體模型：

式中集合為第i個模糊規則的激活強度，其中和為上下隸屬函數，且和為上下隸屬度，由于故有其中ω_i(x(k))，為非線性函數，滿足系統中的參數不確定矩陣表示為如下形式：

[ΔA_i ΔB_i]＝HF(k)[E_1i E_2i] (3)

式中H，E_1i，E_1i，為通過系統辨識獲得的常數矩陣，是未知的非線性時變矩陣且滿足F(k)^TF(k)≤I。

2.設計爐溫模糊控制器，得到相應的閉環系統

使用平行分布補償方法，考慮爐溫局部狀態反饋控制器：

式中為系統待求控制器增益，則爐溫狀態反饋控制律為各個控制器的線性組合，即：