[发明专利]一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法，属于流程工业生产技术领域。本方法在微分超前控制器设计方法的基础上，综合生产控制回路过程对象多时段、多工况的有效模型集，智能选取出适应多种工况的全局优化控制器，解决了常规控制器设计方法难以适应工况变化的缺陷，实现该控制回路能够长期稳定运行，该设计全局优化控制器回路结构；同时，采用的优化算法可快速选取出一组智能控制器参数，直接在PID控制器实施，使得在该组控制器参数控制下，被控过程对象的输出动态响应在上述性能指标η_ITAE的约束下，使得该性能指标取值最小，实现适应多工况的全局优化智能控制器控制目标。

技术领域

本发明属于流程工业生产技术领域，涉及一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法，该方法可以应用于流程工业生产装置控制回路多工况全局优化的控制器设计。

背景技术

在现代石油化工生产过程中，一套生产装置通常包含少则上百，多则上千的过程控制回路，且装置运行工况随着原料改变、加工需求调整或环境因素变化而变化，对于靠经验整定的单一控制器参数难以适应多工况变化的控制性能，在工况变化时，操作人员往往采用手动控制方式控制目标参数，待生产过程操作工况处于新的稳态时，原有的控制器参数难以达到有效控制，须经由工程师对相关回路控制器进行重新整定才能稳定投用，装置自动化水平和运行平稳性受到了严重影响。

发明内容

针对背景技术所描述的问题，本发明提出一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法。该方法融合了先进的计算机技术、控制技术及工艺生产技术，充分利用工业大数据挖掘方法，采用先进的建模技术，对生产过程回路对象建立多时段、多工况模型，并形成有效模型集，模型集包含了回路多工况对象精准模型。在回路模型集基础上，提出了一种控制器设计方法，该方法可在不改变原有PID控制器结构的基础上直接实施。将该控制器设计方法与回路对象多工况模型集结合，设计出适应多种工况的全局优化智能控制器，解决了常规控制器设计方法难以适应工况变化的缺陷，实现控制回路长期稳定运行。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法，在石油化工生产过程中，被控变量往往要求平缓的变化，即使在工艺需要改变生产计划时，也需要各被控变量平缓地过渡到新的稳态。为防止设定值改变或输入有高频干扰信号时造成输出波动幅度大，严重时可造成事故的风险，因此，引入了微分超前PID(PI-D)控制，如图1所示，即微分只对测量值起作用，比例和积分对偏差起作用，如此设定以避免设定值变化造成的输出参数大幅波动。

图1中，R(s)为回路设定值；Y(s)为被控变量输出值；为控制器的比例和积分作用部分传递函数，K为比例系数，T_I为积分时间常数；为微分部分传递函数，T_D为微分时间常数，α为微分放大系数，取值为0.05～0.1；G_P(s)为过程对象传递函数；s为拉普拉斯变换算子。

为实现图1所示控制回路得到有效控制，本发明提出了一种控制器设计方法，该方法的控制回路结构如图2所示。

图2中，λ为鲁棒提升系数，在控制器参数设计阶段计算求得，该鲁棒提升系数的适当取值有利于回路的鲁棒性能；G′_P(s)为名义过程控制对象传递函数，由图1中可得：

对图2进行等价转换，得如图3所示的微分超前广义内部模型控制回路结构图，由图可见新方法结构上和内模控制原理有相似之处，故称为广义内部模型控制。

图3中，G_C(s)称为广义内部模型控制器，其传递函数如下：