[發明專利]一種基于簡化擴展狀態空間模型的預測函數控制方法

在審

• 申請號: 202111567551.2
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114237035A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 吳勝;歐丹林;王元華
• 申請（專利權）人: 杭州司南智能技術有限公司
• 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: 楊小凡

本發明公開了一種基于簡化擴展狀態空間模型的預測函數控制方法，首先基于過程對象的階躍響應數據建立對應的對象傳遞函數模型，挖掘對象的過程特性，之后將傳遞函數模型轉換為對應的簡化擴展狀態空間模型，然后基于該簡化擴展狀態空間模型設計預測函數控制器，最后將設計好的預測函數控制器實施于對象過程。本發明基于該簡化的狀態空間模型，在處理大時滯對象時，不僅在計算維數以及復雜度上有了很大的降低，同時也保留了原始擴展狀態空間模型的調節自由度，推進了擴展狀態空間模型的工程實用性。

技術領域

本發明屬于工業自動化領域，涉及一種基于簡化擴展狀態空間模型的預測函數控制方法。

背景技術

擴展狀態空間模型相比傳統的傳遞函數模型而言，其中能包含更多的過程信息，在后續控制器的設計上也擁有更多的自由度。但是在過程模型存在較大滯后的情況下，擴展狀態空間模型的維數將會變得很大，接著會導致最終計算很復雜，容易出現優化求解失敗的情況，影響到在工程現場的應用。如果能對模型加以改進，讓后續的控制器設計在保留更多自由度的同時也能簡單化，這樣將能進一步推動擴展狀態空間模型預測函數控制的應用推廣。

發明內容

本發明的目的是針對傳統擴展狀態空間模型在處理大時滯過程時存在的模型維數過大導致后續控制器計算較復雜的問題進行改進，通過引入smith預估器，最終得到一種維數簡單的擴展狀態空間模型，進一步實現基于該模型的預測函數控制應用。其具體技術方案如下：

一種基于簡化擴展狀態空間模型的預測函數控制方法，首先基于過程對象的階躍響應數據建立對應的對象傳遞函數模型，挖掘對象的過程特性，之后將傳遞函數模型轉換為對應的簡化擴展狀態空間模型，然后基于該簡化擴展狀態空間模型設計預測函數控制器，最后將設計好的預測函數控制器實施于對象過程。

進一步的，包括如下步驟：

步驟一、通過采集過程對象的階躍響應數據建立被控對象的傳遞函數模型；

步驟二、將傳遞函數模型轉換為簡化狀態空間模型并設計對應的預測函數控制器。

進一步的，步驟一具體如下：

(a)將被控過程的PID控制器停留在手動狀態，操作撥盤使其輸出有階躍變化，通過儀表記錄被控過程的實時階躍響應輸出y_p(k)，之后將其轉換為無綱量形式y_p^*(k)，具體為：

y_p^*(k)＝y_p(k)/y_p(∞)

其中，y_p(∞)為階躍響應測試過程中實際輸出y_p(k)的穩態值；

(b)選取兩個計算點，分別滿足y_p^*(k₁)＝0.39以及y_p^*(k₂)＝0.63，然后依據下面的式子計算傳遞函數模型的三個參數：

K＝y_p(∞)/q

T＝2(k₂-k₁)

τ＝2k₁-k₂

其中，K為過程模型的增益，T,τ分別為過程模型的時間常數和滯后；q為PID控制器輸出階躍變化的幅度；

得到的傳遞函數模型為

其中，s為拉普拉斯算子。

進一步的，步驟二具體如下：