[发明专利]具有不确定性的T-S模型的工业炉温度控制方法

说明书

本发明公开了一种具有不确定性的T‑S模型的工业炉温度控制方法。本发明采用两步差分的思想，对系统进行温度控制器设计；然后通过并行分布补偿技术，设计相应的模糊状态反馈控制器；再通过选取合适的李雅普诺夫函数，结合线性矩阵不等式理论，得到使闭环系统快速稳定的按照参考轨迹到达设定的炉温。本发明可有效抑制和消除炉温控制系统中的混沌现象，得到的模糊控制器可使闭环系统全局渐进稳定，为模糊控制器设计提供了一种新的设计方法。

技术领域

本发明属于工业控制领域，特别涉及一种具有不确定性的T-S模型的工业炉温度控制方法。

背景技术

炉温控制广泛用于各种工业生产过程中，如冶金、化工、建材等行业。其控制过程是：根据传感器检测到的温度与给定温度的偏差，通过传统的PID控制规律，控制或调节给煤量、电压、燃气等，从而控制温度的输出，是典型的反馈控制系统。该系统是一个非线性控制系统，控制变量多，并且存在诸如燃气质量、空气成分、电压波动等诸多不确定因素，因此，用传统的控制规律控制效果是不能令人满意的效果，为克服上述存在的缺点，本发明在对工业炉温度模糊控制器的设计上采用模糊控制的方法。该方法具有鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的优点。

发明内容

本发明是针对以往的炉温控制系统中未考虑系统自身的参数不确定性以及炉温响应速度慢的缺点而提出的一种新的炉温控制器优化方法。

本发明针对具有不确定性的T-S模型的工业炉温度控制系统提供了一种新的控制器设计方法。基于该模型，采用两步差分的思想，对系统进行温度控制器设计；然后通过并行分布补偿技术，设计相应的模糊状态反馈控制器；再通过选取合适的李雅普诺夫函数，结合线性矩阵不等式理论，得到使闭环系统快速稳定的按照参考轨迹到达设定的炉温(也即系统到达全局渐近稳定状态)。

本发明解决技术问题所采取技术方案：

1.建立工业炉温度控制T-S模糊系统模型

将工业炉温度控制系统传递函数模型转换为状态空间方程，考虑系统自身具有不确定性，通过模糊规则对工业炉温度控制系统进行T-S模糊建模，其IF-THEN规则描述形式如下：

式中是前件变量f_l(x(k))在第i()个规则中的模糊集合，其中：l＝1,2,…,r，i＝1,2,…,s；是系统态向量，是系统的控制输入向量，是系统输出向量，A_i,ΔA_i,B_i,ΔB_i,C_i,D_i是系统已知参数矩阵，表示欧式空间。

通过单点模糊化，乘积推理和中心平均反模糊化方法，得到具有不确定性的炉温控制系统总体模型：

式中集合为第i个模糊规则的激活强度，其中和为上下隶属函数，且和为上下隶属度，由于故有其中ω_i(x(k))，为非线性函数，满足系统中的参数不确定矩阵表示为如下形式：

[ΔA_i ΔB_i]＝HF(k)[E_1i E_2i] (3)

式中H，E_1i，E_1i，为通过系统辨识获得的常数矩阵，是未知的非线性时变矩阵且满足F(k)^TF(k)≤I。

2.设计炉温模糊控制器，得到相应的闭环系统

使用平行分布补偿方法，考虑炉温局部状态反馈控制器：

式中为系统待求控制器增益，则炉温状态反馈控制律为各个控制器的线性组合，即：