[發明專利]一種基于廣義預測控制的溫控系統的控制方法

在審

• 申請號: 202110319840.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113050717A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 楊奕;于婧雅;韓青青;顧海勤;任曉琳;高龍
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 許潔

本發明公開了一種基于廣義預測控制的溫控系統的控制方法，本發明的廣義預測控制算法是基于參數模型預測的控制方法，預測控制可以發揮較大的慣性，使其滯后于受控對象。預測模型使用離散控制的自回歸積分滑動平均模型，進而可以克服脈沖響應模型以及階躍響應模型存在的不能進行在線描述的問題，并且還可以對過程不穩定或者存在很難進行在線辨識等問題可以進行有效地解決。在廣義最小方差控制的基礎上，增加了過程控制。在線滾動優化的思想大大提高了抵抗負荷擾動的能力，同時也提高了控制系統的魯棒性。

技術領域

本發明具體涉及一種基于廣義預測控制的溫控系統的控制方法。

背景技術

溫度是生活及生產中最基本的物理量，它表征的是物體的冷熱程度。自然界中任何物理、化學過程都緊密地與溫度相聯系。18世紀工業革命以來，工業過程離不開溫度控制。溫度是工業生產質量的重要指標之一，也是保證系統設備安全的重要參數，但是在大部分工業生產溫度控制系統中，都存在著時滯、時變等非線性特性，并且存在不可預測的擾動，使得系統難以控制。為實現溫度控制系統的精確控制、智能化控制，提高系統的熱轉化率以及設備效率，溫控系統的智能算法研究成為當前研究的熱點之一。

空氣源熱泵的熱水溫度是工業過程中的重要指標，它的過高、過低甚至波動都會影響其工作的安全性和有效性，傳統的PID控制系統有一定的抗擾動的能力以及魯棒性，但是依然不能滿足系統的大擾動以及對負荷變化時的控制要求。隨著智能控制理論的飛速發展，現代溫度系統智能控制得到了進一步完善。廣義預測自校正控制是一種集優化控制、自適應和在線計算量小等優點的智能控制算法。本研究采用廣義預測控制方法，研究基于CARIMA模型對溫度控制系統進行廣義預測自校正控制，并將預測控制算法應用于空氣源熱泵熱水溫度控制中，解決溫度控制的相關問題，達到節能控制的目的。

發明內容

發明目的：溫度控制在工業生產中發揮著至關重要的作用，但是在大部分夠不夠也生產溫度控制系統中往往存在著大延時、非線性、多擾動、大慣性等缺點，這些問題都會使系統的溫度控制出現不快速、不準確的問題。為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種基于廣義預測控制的溫控系統的控制方法。

技術方案：一種基于廣義預測控制的溫控系統的控制方法，①基于CARIMA模型，即受控自回歸積分滑動平均模型；②目標函數中對控制增量加權的考慮；③利用輸出的遠程預報；④控制時域長度概念的引入；⑤丟番圖方程得遞推求解；具體操作步驟如下：

步驟一：根據系統的歷史數據和將來的輸入預測系統未來輸出值，采用受控自回歸積分滑動平均模型，即公式(1):

式中，A(z^-1)、B(z^-1)、C(z^-1)分別是n、m和n階的z^-1的多項式，△＝1-z^-1,y(k)、u(k)表示輸出和輸入，ξ(k)表示均值為零的白噪聲序列。

步驟二：為了增強系統的魯棒性，采用目標函數，即公式(2)：

其中，n為最大預測長度，m為控制長度，λ(j)為控制加權系數。根據預測理論，為了預測超前j步輸出，引入丟番圖方程，即公式(3):

1＝E_j(z^-1)A(z^-1)Δ+z^-1F_j(z^-1) (3)

式子中，E_j(z^-1)＝e_j0+e_j1z^-1+...+e_j,j-1z^-j+1，e_j0＝1