[發明專利]一種基于分數階控制器的氧化槽的溫度控制方法

有效

• 申請號: 202010894923.1
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112000003B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 高丙朋
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G05B13/04;C12M1/38
• 代理公司: 新疆知產力專利代理事務所(特殊普通合伙) 65113
• 代理人: 馬金紅

本發明公開了一種基于分數階控制器的氧化槽的溫度控制方法，涉及控制技術領域。本發明包括如下步驟：步驟一：構建分數階PID控制器參數整定問題的目標函數；步驟二：通過混合優化算法確定所述分數階PID控制器的參數；步驟三：分數階PID控制器對氧化槽溫度進行控制；其中步驟二中的混合優化算法為ACO?PSO混合算法。本發明通過ACO?PSO算法對分數階PID控制器參數進行整定后，利用完成參數整定后的分數階PID控制器對氧化槽溫度控制系統中的控制對象進行控，提高了分數階PID控制器參數優化效率、收斂速度以及分數階PID控制器的控制性能，使得控制系統具有更小的超調量和穩態誤差，更短的調節時間和上升時間，系統的抗干擾性能更強。

技術領域

本發明屬于控制技術領域，特別是涉及一種基于分數階控制器的氧化槽的溫度控制方法。

背景技術

受高寒地區海拔高、晝夜溫差大、容易出現大風和大雪天氣等條件的影響，氧化槽內的溫度在不同季節、不同時間呈現出一定的差別，而溫度又是氧化槽內細菌生存的必要條件，因此，為了提高冶金浸出率，必須提高生物氧化槽內細菌的活性，保持氧化槽內細菌最適宜的生存溫度。

比例-積分-微分控制器的算法是對人類簡單而有效操作模式的總結和模仿，而且具有算法簡單、魯棒性強等優點，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。但是，工業生產中仍然有10％～20％的控制問題應用傳統PID控制策略無法達到令人滿意的效果，這些控制過程常具有非線性、強耦合性、大純滯后等特點。分數階PID控制是先進控制算法中一個比較新的研究方向，它作為分數階微積分學發展的產物，在一些非線性的復雜系統的控制中，具有更加出色的性能和更廣闊的應用前景。

分數階PID控制器有5個可調參數：Kp、Ki、Kd、λ和μ，其中λ和μ分別是積分階次和微分階次，而且λ和μ可以取任意實數，通常情況下，取λ和μ為(0,2)中的任意實數。由于λ和μ的增加，分數階PID控制器的控制效果表現出了更大的靈活性。雖然參數的增多會造成參數整定復雜度加大，但是可以利用λ和μ廣泛的取值范圍來實現參數不穩定系統的其他控制效果，如增益魯棒性和時間常數變化魯棒性。

目前分數階PID控制器主要包括蟻群算法(ACO(Ant Colony Optimization))和微粒群優化算法(PSO(Particle Swarm Optimization))，但由于分數階PID控制器已經超越了傳統微積分的概念范圍，再用傳統PID控制器的設計和參數整定方法將變得非常困難。分數階PID控制器的算法實現及參數整定的復雜性成為了制約其在工業中更廣泛應用的瓶頸。。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于分數階控制器的氧化槽的溫度控制方法，解決現有的分數階控制器無法保證氧化槽在復雜的外界環境下的穩定性、魯棒性以及動態性能的問題。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明為一種基于分數階控制器的氧化槽的溫度控制方法，包括以下步驟：

步驟一：構建分數階PID控制器參數整定問題的目標函數；

步驟二：通過混合優化算法確定所述分數階PID控制器的參數；

步驟三：所述分數階PID控制器對氧化槽溫度進行控制。

優選地，所述步驟一中的目標函數為：

u(t)＝K_Pe(t)+K_ID^-λe(t)+K_DD^μe(t)；

其中，u(t)為控制器輸出，K_P是比例系數，K_I是積分系數，K_D是微分系數，λ為積分階次，μ為微分階次；且0＜K_P≤100，0＜K_I≤1，0＜K_D≤100，0＜λ＜2，0＜μ＜2。