本發(fā)明屬于工業(yè)以太網(wǎng)控制技術領域，涉及的是一種基于調(diào)度與控制器參數(shù)動態(tài)重構的大型整體管道熱處理裝置網(wǎng)絡化控制方法。

背景技術：

熱處理作為金屬材料及陶瓷材料加工過程的重要工序之一,直接影響著材料的結構,從而決定材料的性能，管道熱處理技術發(fā)展與設備改進是對大型金屬材料及陶瓷材料進行整體處理成功的關鍵,關系著我國材料業(yè)現(xiàn)代化與國際化的進程。熱處理過程的無人管控實現(xiàn)可以大大解放勞動力，改善生產(chǎn)環(huán)境；同時，基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡化控制方法也是提高材料品質(zhì)必不可少的要求。

網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是一種全分布式、網(wǎng)絡化實時反饋控制系統(tǒng)，是指傳感器、控制器及執(zhí)行器和通信網(wǎng)絡的集合，用通信網(wǎng)絡提供設備之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)系統(tǒng)資源共享和協(xié)調(diào)操作。目前，針對多變量通信受限的網(wǎng)絡控制器的設計方法普遍采用通信序列及混合邏輯動態(tài)構架的概念將原有網(wǎng)絡控制系統(tǒng)轉變成集調(diào)度和控制于一體的離散周期性時變切換系統(tǒng)，進而設計相應的控制器。這類設計方法普遍存在控制器的個數(shù)要受原有通信序列周期數(shù)的約束并且結構復雜；更進一步，當網(wǎng)絡服務質(zhì)量發(fā)生動態(tài)變化的時候，往往需要多個控制器周期性頻繁切換才能確?？刂葡到y(tǒng)的性能；另一方面，這類方法所用到的相關專業(yè)理論知識較多，不便于被工程技術人員掌握和推廣使用。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服具有隨機短時延的多輸入/多輸出大型整體管道熱處理裝置網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中存在控制增益、通信序列無法動態(tài)重構的問題，本發(fā)明提供可根據(jù)系統(tǒng)iae性能指標動態(tài)地調(diào)整信息的傳輸方式，克服網(wǎng)絡傳輸調(diào)度受限于當前傳輸網(wǎng)絡利用率的先驗知識，無法自適應網(wǎng)絡的動態(tài)變化，無法保證整個閉環(huán)網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性和魯棒性，在惡劣情況下甚至會引起控制器失效，從而使得整個閉環(huán)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)達不到預先設計的控制性能問題。

同時，本發(fā)明可根據(jù)網(wǎng)絡實時狀態(tài)進行控制器參數(shù)動態(tài)重構的單一控制器，克服原有控制器結構復雜并受通信序列傳輸周期約束問題，避免多個控制器周期性切換，方便被工程技術人員掌握和推廣使用。本發(fā)明可有效改善網(wǎng)絡環(huán)境，提高網(wǎng)絡利用率及系統(tǒng)的整體性能。為了解決上述技術問題采用的技術方案為：

基于調(diào)度與控制器參數(shù)動態(tài)重構的大型熱處理裝置網(wǎng)絡化控制方法，包括如下步驟：

step1、根據(jù)實際工況對大型整體管道熱處理裝置進行系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計如式(1)：

其中表示r維大型整體管道熱處理裝置的狀態(tài)向量；表示m維大型整體管道熱處理裝置的閥門開度輸入向量，τk表示每個采樣周期內(nèi)的隨機有界網(wǎng)絡短時延，且滿足0≤τk≤eh(0＜e＜1)h為控制系統(tǒng)的采樣周期，表示q維的部擾動信號，表示大型整體管道熱處理裝置的被調(diào)輸出溫度、壓力和流量信號向量，ap,bp,cp是適當維數(shù)的系統(tǒng)矩陣；

step2：設置控制系統(tǒng)的采樣周期h、調(diào)度周期步長n、調(diào)度周期t，并滿足：t＝nh；設置大型整體管道熱處理裝置kt+αh時刻采樣序列的調(diào)度系數(shù)θi(kt+αh)閾值ηi和kt+βh時刻更新序列的調(diào)度系數(shù)δj(kt+βh)閾值并設置調(diào)度策略如式(2)所示：

其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,n)j∈(1,…,m),β∈(0,…,n-1)，iae表示信號的絕對誤差性能。

當k＝1時，設置初始調(diào)度矩陣λα＝i，ξβ＝i，否則根據(jù)調(diào)度策略生成當前調(diào)度周期t內(nèi)的采樣調(diào)度矩陣和更新調(diào)度矩陣

其中為kt+αh時刻采樣序列調(diào)度系數(shù)組成的向量，為kt+βh時刻更新序列調(diào)度系數(shù)組成的向量；

step3:系統(tǒng)以調(diào)度周期t離散化，并根據(jù)step2的調(diào)度策略建立如下映射關系：

其中為系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸入狀態(tài)向量，為經(jīng)系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸出向量；

構建系統(tǒng)增廣向量矩陣包括：狀態(tài)向量矩陣x(kt)，控制器輸出u(kt)、控制器的有效輸入執(zhí)行器的有效輸入被調(diào)輸出z(kt)、外部擾動信號w(kt)、采樣調(diào)度矩陣更新調(diào)度矩陣和并建立新的映射關系如下：

其中：

step4:設置系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制器重新構造新的狀態(tài)向量g、m、n、l如下：

l＝h1′并建立集調(diào)度與控制為一體的閉環(huán)系統(tǒng)模型(5)：

其中：

kk為控制器參數(shù),τkd----表示第k個調(diào)度周期內(nèi)第d個采樣周期的時延,a、b0(τk)、b1(τk1)、h0、ae、b′0(τk)、b′1(τk)、h′0、d′0(τk)、c′e、d′1(τk)、h′1為中間計算變量；

step5：重新定義計算變量并在線求解以下的優(yōu)化問題:

利用上一步得到的可行解，可得狀態(tài)反饋控制器參數(shù)其中表示矩陣的偽逆；當k＝k+1，重新回到step3求解控制器參數(shù)；溫度控制信號由d/a轉換后輸出至蒸汽閥，壓力控制信號由d/a轉換后輸出至氣動閥，流量控制信號由d/a轉換后輸出至節(jié)流閥最后作用到大型整體管道熱處理裝置,使大型整體管道熱處理裝置的溫度、壓力和流量運行在給定的范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：單一控制器、系統(tǒng)傳輸周期動態(tài)重構、控制器參數(shù)動態(tài)重構結構簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明給出的大型整體管道熱處理裝置閉環(huán)控制結構圖

圖2是本發(fā)明實際運行時采用的結構示意圖

實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖2，一種基于調(diào)度與控制器參數(shù)動態(tài)重構的大型整體管道熱處理裝置網(wǎng)絡化控制方法，本實施例大型整體管道熱處理裝置溫度、壓力和流量網(wǎng)絡化控制過程：

第一步、在組態(tài)界面上設置模型辨識的相應參數(shù)，確定大型整體管道熱處理裝置的辨識模型如下：

其中：x(t)是系統(tǒng)的狀態(tài)向量，u(t)＝[u1u2]^t是控制輸入向量，u1代表管道蒸汽閥門開度，u2代表冷凝水閥門開度。z(t)＝[z1z2]^t是被控輸出向量，z1代表爐內(nèi)溫度，z2代表爐內(nèi)壓力。w(t)是外部擾動向量。由工控機將對象模型辨識參數(shù)等數(shù)據(jù)送到存儲單元ram中；并在組態(tài)界面上設置系統(tǒng)為“離線”調(diào)節(jié)狀態(tài)。按照附圖2所示的閉環(huán)控制結構圖組建一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

第二步：在組態(tài)界面上設置系統(tǒng)采樣周期h＝1s，調(diào)度周期的步長n＝2，iae控制性能指標的閾值分別為η1＝0.01，η2＝0.05，

第三步：在組態(tài)界面上點擊“運行”鍵，在線計算調(diào)度的通信序列、控制器參數(shù)。

第四步：對u(k)進行限幅，防止積分飽和，然后由d/a轉換后輸出至執(zhí)行器，由執(zhí)行器作用到被控對象,使被控對象運行在給定的范圍內(nèi)；此時組態(tài)界面上顯示的是在線情況下的系統(tǒng)閉環(huán)響應曲線，觀察曲線進行在線微調(diào)。

第五步：在組態(tài)界面上設置系統(tǒng)為“在線”調(diào)節(jié)狀態(tài)，啟動控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)，重新執(zhí)行“在線控制程序”得到當前時刻的控制量。

以上闡述的是本發(fā)明給出的一個實施例表現(xiàn)出的優(yōu)良優(yōu)化效果，顯然本發(fā)明不只是限于上述實施例，在不偏離本發(fā)明基本精神及不超出本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容所涉及范圍的前提下對其可作種種變形加以實施。