一種組合積分環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)pi控制算法結(jié)合的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域，特別是涉及一種組合積分環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)pi控制算法結(jié) 合的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] -般來(lái)說(shuō)，不管什么樣的控制系統(tǒng)均是在外部或者內(nèi)部的擾動(dòng)作用下工作，例如 在鑄鋼過(guò)程中可能會(huì)存在負(fù)載干擾，在化工生產(chǎn)過(guò)程中干擾主要由進(jìn)料組分、負(fù)荷、壓力或 是天氣狀況不穩(wěn)定引起；在流程工業(yè)領(lǐng)域，許多被控過(guò)程都是以間歇運(yùn)行，或者長(zhǎng)期不間斷 運(yùn)作，密閉裝置中的被控變量不斷受各種擾動(dòng)因素影響。連續(xù)干擾嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能，導(dǎo) 致輸出無(wú)法滿(mǎn)足控制要求。控制器設(shè)計(jì)的目的就在于在受到外界或內(nèi)部因素干擾的情況 下，感受控制目標(biāo)與對(duì)象實(shí)際行為之間的誤差，并采用某種適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ撜`差，從根本 上消除誤差對(duì)控制目標(biāo)的影響。由此可見(jiàn)，對(duì)擾動(dòng)抑制策略的研究具有十分廣闊的空間和 十分深遠(yuǎn)的意義。
[0003] 在工業(yè)過(guò)程領(lǐng)域中，外部擾動(dòng)不僅有未知?jiǎng)討B(tài)部分還有已知部分。脈沖擾動(dòng)、斜坡 擾動(dòng)、階躍擾動(dòng)、周期擾動(dòng)等都屬于另外一種已經(jīng)知道其部分或者全部動(dòng)態(tài)特性的外部擾 動(dòng)。此中，周期性擾動(dòng)作為一個(gè)普遍存在，是外部擾動(dòng)的重要組成部分。對(duì)周期性擾動(dòng)進(jìn)行 較好的抑制將會(huì)給工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益?？刂葡到y(tǒng)中，人們通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的輸入輸 出進(jìn)行分析或通過(guò)數(shù)學(xué)建模從而獲得對(duì)象的標(biāo)稱(chēng)模型。但無(wú)論標(biāo)稱(chēng)模型建立得如何精確， 實(shí)際系統(tǒng)總是會(huì)存在未知的動(dòng)態(tài)特性，即模型的不確定性。實(shí)際對(duì)象與標(biāo)稱(chēng)模型的偏差可 以看成是系統(tǒng)的內(nèi)擾，在控制系統(tǒng)中，還往往存在各種各樣的外部擾動(dòng)，比如控制量擾動(dòng)或 測(cè)量噪聲，控制系統(tǒng)的這些內(nèi)擾和外擾統(tǒng)稱(chēng)為系統(tǒng)的總擾動(dòng)。
[0004] 在石化、鋼鐵、煙草等工業(yè)過(guò)程中，不可避免的會(huì)出現(xiàn)各種外部擾動(dòng)。在這些擾動(dòng) 中，既有常值干擾，也有周期性干擾。對(duì)于常值干擾，一些常規(guī)的控制算法如Smith預(yù)估控 制算法，內(nèi)?？刂扑惴ň湍軐?duì)這些干擾起到很好的抑制作用，使系統(tǒng)輸出達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。但 是對(duì)于變頻周期性干擾問(wèn)題或其他較復(fù)雜的周期性干擾，上述方法就不管用了。因此，此類(lèi) 問(wèn)題也就成為了工業(yè)控制的一個(gè)難點(diǎn)所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種組合積分環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)PI控制算法結(jié)合的 控制方法，能夠去除干擾效果。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種組合積分環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)PI 控制算法結(jié)合的控制方法，將預(yù)測(cè)PI控制算法與組合積分環(huán)節(jié)串聯(lián)使用，使得干擾信號(hào)在 輸出之前，再進(jìn)行一次濾波，以達(dá)到去除干擾效果；所述預(yù)測(cè)PI控制算法用于對(duì)常值干擾 進(jìn)行校正；所述組合積分環(huán)節(jié)采用先進(jìn)濾波算法中的低通濾波，用來(lái)緩沖因引入周期性干 擾引起的系統(tǒng)超調(diào)量，并最終使系統(tǒng)達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)。
[0007] 所述預(yù)測(cè)PI控制算法的輸入/出關(guān)系為：
，其中，λ是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，直接控制閉環(huán)系統(tǒng) 響應(yīng)的速度；Κ為增益、1\積分時(shí)間常數(shù)、e(t)為輸入與輸出的偏差、u(t)為輸出、U(t-L) 為t-L時(shí)刻的輸出。
[0008] 所述組合積分環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)由兩個(gè)或多個(gè)積分時(shí)滯對(duì)象構(gòu)成表示為：
，其中，Gjs)是一不包含積分環(huán)節(jié)的穩(wěn)定多項(xiàng)式；是包含 在組合積分系統(tǒng)中的穩(wěn)定系統(tǒng)；為了保證該過(guò)程的連續(xù)性，時(shí)間延遲常數(shù)τΗ，τ2ι，滿(mǎn)足等 式：τ2ι=τ 2"ι)+τ 出 1)，1 <i<η，η為正整數(shù)。
[0009] 有益效果
[0010] 由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效 果：本發(fā)明將預(yù)測(cè)ΡΙ控制算法與組合積分環(huán)節(jié)串聯(lián)使用，使得干擾信號(hào)在輸出之前，再進(jìn) 行一次濾波，以達(dá)到去除干擾效果。引入正弦干擾引起的系統(tǒng)干擾全被組合積分環(huán)節(jié)濾除， 使系統(tǒng)快速達(dá)到穩(wěn)定值，且響應(yīng)速度很快。系統(tǒng)輸出最終達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，即控制閥位穩(wěn) 定，從而保證系統(tǒng)溫度穩(wěn)定，出口煙絲水分也會(huì)保持在一定控制要求之內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1為單位反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0012] 圖2為預(yù)測(cè)ΡΙ控制算法結(jié)構(gòu)圖。
[0013] 圖3為預(yù)測(cè)ΡΙ加組合積分環(huán)節(jié)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定 的范圍。
[0015] 本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種組合積分環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)ΡΙ控制算法結(jié)合的控制方法， 該控制方法考慮到組合積分環(huán)節(jié)對(duì)周期性干擾信號(hào)低通濾波作用良好，將預(yù)測(cè)ΡΙ控制算 法與組合積分環(huán)節(jié)串聯(lián)使用，使得干擾信號(hào)在輸出之前，再進(jìn)行一次濾波，以達(dá)到去除干擾 效果。預(yù)測(cè)ΡΙ控制算法本身可以對(duì)常值干擾進(jìn)行校正，校正效果良好，輸出迅速回到穩(wěn)定 狀態(tài)，引入正弦周期干擾后，引起系統(tǒng)超調(diào)，且超調(diào)較嚴(yán)重。系統(tǒng)根本達(dá)不到一個(gè)穩(wěn)定的狀 態(tài)。系統(tǒng)輸出不斷上下波動(dòng)，直接影響閥位控制，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度隨之上下波動(dòng)，從而影響到 煙絲出口的水分。組合積分環(huán)節(jié)引入到帶有預(yù)測(cè)ΡΙ控制器的系統(tǒng)中，組合積分系統(tǒng)先進(jìn)濾 波算法中的低通濾波環(huán)節(jié)，用來(lái)緩沖因引入周期性干擾引起的系統(tǒng)超調(diào)量，并最終使系統(tǒng) 達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)，提高了系統(tǒng)精度，穩(wěn)定排潮閥位，不需過(guò)多人工干預(yù)。
[0016] 本發(fā)明的原理是：
[0017] (1)組合積分環(huán)節(jié)與預(yù)測(cè)ΡΙ控制算法結(jié)合，利用組合積分環(huán)節(jié)對(duì)周期性干擾信號(hào) 低通濾波作用良好，將預(yù)測(cè)ΡΙ控制算法與組合積分環(huán)節(jié)串聯(lián)使用，使得干擾信號(hào)在輸出之 前，在進(jìn)行一次濾波，以達(dá)到去除干擾效果。
[0018] (2)定義：如圖2所示，預(yù)測(cè)PI控制器，由獨(dú)立的兩部分構(gòu)成，PI控制和預(yù)測(cè)估計(jì) 部分，控制器的輸入/出關(guān)系為：
[0019]
⑴
[0020] 右邊前者PI控制器，后者為預(yù)測(cè)控制器。其中，K為增益、1\積分時(shí)間常數(shù)、e(t) 為輸入與輸出的偏差、u(t)為輸出、u(t_L)為t_L時(shí)刻的輸出。
[0021] 考慮圖1的單位負(fù)反饋系統(tǒng)：
[0022] Gc(s)為控制器傳輸函數(shù)，Gp(s)為被控對(duì)象傳遞函數(shù)，負(fù)反饋系統(tǒng)其閉環(huán)傳遞函 數(shù)：
(2)
[0024] 控制傳遞函數(shù)為：
[0025]
□：)
[0026] 假設(shè)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型為：
[0027]
(4)
[0028] 假設(shè)期望的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 「00291
(5)
[0030] 其中，λ是一個(gè)可調(diào)參數(shù)，直接控制閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)的速度。當(dāng)λ= 1時(shí)，開(kāi)環(huán)和 閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)一致；當(dāng)λ>1時(shí)，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)更快；當(dāng)λ〈1時(shí)