[发明专利]基于模范系统的优化控制系统方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及工业过程控制系统的优化设计、被控对象参数辨识以及控制器参数在线整定的一整套优化控制系统实现方法。

背景技术

当前工业过程控制中常用的控制系统优化方法基本分为三类，一类是操作人员凭经验逐一就具体对象对PID控制参数整定的方法，缺点是凭人的经验随意性大，无法确保优化结果。再一类是先对具体对象进行模型参数辨识，之后以某目标的寻优过程来确定调节控制参数，辨识算法一般较为复杂，且需逐一对具体对象进行反复搜索、迭代、逼近的寻优过程，使得在实施、维护中耗时费力，存在不易推广普及的限制。还有一类采用在线自适应调节控制器参数的各种算法(同样存在算法复杂，仅对某种对象适用、甚至鲁棒性差，需高级技术人员实施、应用成本高等不利因素)。

然而实际应用中大量的控制需求是希望通过简捷易行的手段达到针对所选目标的最优控制设计，特别是在现场能够按照确定的几步简单操作就可以完成对被控对象模型参数的辨识和对控制器参数进行及时整定维护，以便普通技术操作人员就能长期保障系统按照优化设计运行。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种基于模范系统的优化控制系统方法，能便捷地算出控制系统的控制器参数与滤波器参数，从而实现优化控制，并能长期保障系统按照优化设计运行。

(二)技术方案

本发明提供一种优化控制系统的方法，控制系统包括滤波器Gf、控制器Gc及被控对象Gp，其中，指定被控对象Gp的数学模型为：

(K₂≥0；K₁>0；K₀≥0；τ>0)

式中，S为拉氏算子，K₀为积分因子，K₁为比例因子，K₂为微分因子，τ表示时滞值；指定所述控制器(Gc)的数学模型为：

Ti＝K₁/K₀

Td＝K₂/K₁

式中，Kp、Ti、Td和Tf均为控制器参数，Kp为比例系数、Ti为积分系数、Td为微分系数、Tf为滤波系数；

指定所述滤波器(Gf)的数学模型为：

式中，λ₁为跟随滤波参数，λ₂为抗扰滤波参数；

所述模范系统包括被控对象Go及滤波器Gfo，其中，指定所述被控对象Go的数学模型为：

式中，α₂为模范抗扰参数，

指定所述滤波器Gfo的数学模型为：

式中，α₁为模范跟随参数；方法包括以下步骤：

S1，在模范系统中，根据控制需求选择评价指标，并对该评价指标进行目标优化，得到一对优化参数；

S2，根据优化参数计算所述控制系统的滤波器参数和控制器参数。

S3，制定模范响应模板，并根据滤波器参数、控制器参数和模范响应模板辨识被控对象的对象参数。

S4，根据所述控制系统的运行状态，在线整定控制参数。

(三)有益效果

本发明提供的优化控制系统的方法，具有以下优点：首先，优化设计过程不针对具体对象，而是针对特定的模范对象先期一次完成，大大减少了现有方法需要逐一对具体对象寻优的工作量；不限定所选的优化目标和寻优手段，因此适应多种控制特性需求；辨识过程步骤与算法直观简单、利于现场操作实施，控制参数在线整定的过程与辨识过程机理一样，都引入了优化响应模板，所整定的调节变量与对象参数有对应关系，很好理解掌握、实施条件容易满足，便于及时维护系统按优化目标运行。总之这整套优化控制实施方案，适用于常见的工业对象，特别是食品、纺织、化工、环保等行业中工艺过程调节变量的控制，而且本方法易于由一般技术人员掌握和推广使用。

附图说明

图1是控制系统的结构图。

图2是模范系统的结构图。

具体实施方式