[发明专利]简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法

权利要求书

1.一种简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法，其特征在于，首先选定设定值加权系数b和采样时间，在工控系统辨识出对象模型的基础上，根据对象实际工况的变化情况估计建模误差值，由建模误差的大小来确定可调参数λ值，并调用事先编制好的二自由度PI控制程序来计算控制输出信号；

该方法具体包括以下步骤：

1)被控量经过采样、滤波、检测变送和A/D转换后转为数字信号，将该数字信号通过OPC总线传给上位机，上位机根据该数字信号对控制对象进行辨识，获得被控对象的一阶惯性加纯滞后模型参数；

2)设实际对象的模型参数为和估计Δ_k、Δ_τ和Δ_θ，其中k、τ和θ分别为标称模型的稳态增益、时间常数和纯滞后时间，Δ_k、Δ_τ和Δ_θ分别为k、τ和θ的乘性建模误差，利用公式Δ_m＝max(max(|Δ_k|，|Δ_τ|)，|Δ_θ|)计算建模误差值Δ_m，并将建模误差估计值通过OPC总线传送给上位机；

3)上位机通过判断数字量输入信号的极性来计算误差信号e(k)和加权误差信号e_set(k)；

4)判断模型误差值是否改变。

2.根据权利要求1所述的一种简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法，其特征在于，所述的一阶惯性加纯滞后模型的表达式为G(s)＝ke^-θs/(τs+1)，其中k为稳态增益，τ为时间常数，θ为纯滞后时间。

3.根据权利要求1所述的一种简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法，其特征在于，所述的步骤3)具体为：

如果数字信号的极性是正作用，则误差信号e(k)＝y(k)-r(k)，加权误差信号e_set(k)＝y(k)-br(k)，其中r(k)为k时刻设定值信号，y(k)为k时刻输出信号；

如果数字信号的极性是负作用，则误差信号e(k)＝r(k)-y(k)；加权误差信号e_set(k)＝br(k)-y(k)，其中b为设定值加权系数。

4.根据权利要求3所述的一种简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法，其特征在于，所述的设定值加权系数b取值固定为0.4，用于改善系统的设定值跟踪性能。

5.根据权利要求1所述的一种简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法，其特征在于，所述的步骤4)判断模型误差值是否改变具体为：

如果“是”，执行以下运算：

①读取对象模型参数的纯滞后时间θ和模型误差值Δ_m，根据以下经验公式估算可调参数λ值：

②读取可调参数λ、采样时间t_s和模型参数k、τ和θ，利用简洁内模PI控制原理SIMC-PI计算PI控制器参数，见式(2)，并进一步得到离散域增量式二自由度PI控制算式的表达式，见式(3)；

其中k_c为控制器增益，T_i为控制器积分时间，Δu(k)为当前k时刻控制器输出信号增量，e(k)为当前时刻跟踪误差，t_s为采样时间，e_set(k)为当前时刻加权误差信号，e_set(k-1)为k-1时刻加权误差信号；

如果“否”，直接读取前一时刻的离散域增量式二自由度PI控制算式的表达式。

6.根据权利要求1所述的一种简洁鲁棒二自由度比例积分控制方法，其特征在于，当建模误差10％≤Δ_m≤35％时，选取λ＝1.7θ，对应的鲁棒性水平为M_s＝1.4，为中等鲁棒性；

当建模误差Δ_m＞35％时，选取λ＝3θ，对应的鲁棒性水平为M_s＝1.25，为高鲁棒性，从而有效避免了较大建模误差对系统造成的不利影响。