[发明专利]基于预测PI算法的交联电缆生产温度的先进控制方法

说明书

本发明提供了一种基于预测PI算法的交联电缆生产温度的先进控制方法，首先根据交联电缆生产温度系统特性确定被控对象的数学模型和参数；然后采用预测PI控制算法设计所述被控对象的温度控制器；最后使用模拟退火算法优化所述温度控制器的参数。将本发明预测PI算法的控制效果与目前常用的PID算法进行仿真比较，仿真实验结果表明本发明能避免传统控制PID算法调节速度慢、输出有震荡、波动大的问题，消除了交联电缆生产温度控制系统的震荡，减少了超调量，加快了调节速度，使得系统抗干扰能力强，实现形式简单，控制效果好。

技术领域

本发明涉及一种基于预测PI算法的交联电缆生产温度的先进控制方法，属于工业控制技术领域。

背景技术

电线电缆制造业作为我国经济建设中的重要产业之一，其与社会发展中的各行各业密切相关。交联聚乙烯(XLPE)电缆因其具有良好的电性能和热性能而被广泛应用于电力系统各个电压等级，它的绝缘强度较高，介电损耗系数小，抗酸碱、耐盐雾、防腐蚀等性能好，缆芯可在较高温度下工作，同时体积小，安装维护方便。因此，在电力工业的发展过程中，交联电缆的需求量将大幅提升。同时，对电缆的质量要求也在不断提高。

交联电缆生产过程中，由于交联料中交联剂(DCP)温度反应非常活跃，完全不同于其他原材料，尤其是其中的绝缘材料更是交联电缆生产中温度控制的重点，所以温度控制非常关键。如果设定的温度过高，会导致交联料提前交联，出线时电缆线芯不平滑和出现热疙瘩现象，造成经济损失和开车失败。如果设置的温度过低，又会造成挤胶后挤出机电流负荷太大，容易损坏设备，出线时电缆线芯不平滑和出现热疙瘩现象，同样造成经济损失和开车失败。所以温度控制非常关键，也是一大难点。

传统的温度控制是采用PID控制器，因PID控制的优势在于其原理简单、使用方便、适应性强、鲁棒性强，其对运行环境以及被控对象的变化范围要求较低，非常适用于环境恶劣的工业生产现场，使其一直在在各类工业温度控制领域中占有主导地位。但在PID的控制下，系统输出有所震荡，超调量较大，达到稳态所需的时间长，控制效果不尽人意。温度对生产的电缆品质有着极大的影响，所以对其控制算法进一步改善，是非常重要的，具有较大的经济价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何消除交联电缆生产温度控制系统的震荡，减少超调量，加快调节速度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种基于预测PI算法的交联电缆生产温度的先进控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据交联电缆生产温度系统特性确定被控对象的数学模型和参数；

步骤2：采用预测PI控制算法设计所述被控对象的温度控制器；

步骤3：使用模拟退火算法优化步骤2中温度控制器的参数。

优选地，所述步骤2中，预测PI控制算法设计的被控对象的温度控制器的输入/出关系为：

其中，λ是一个可调参数，直接控制闭环系统响应的速度；K为增益，T_i积分时间常数，L为延迟时间，e(t)为输入与输出的偏差，u(t)为输出，u(t-L)为t-L时刻的输出。

优选地，所述步骤3中，采用系统鲁棒性的绝对误差积分Robust IAE作为系统评价指标，其数学表达式为：

其中，r(t)为系统的输入，y_n(t)为标称状态下系统的输出，y_m(t)为模型失配下系统的输出，t₁为阶跃干扰的时间，在t₁时刻加入幅值为系统输入值20％的阶跃干扰；a为可调整的系数。

优选地，在系统自身干扰偏小时，增大a；在系统自身干扰偏大时，减小a。