[发明专利]一种二阶惯性纯滞后智能串级控制系统及其控制方法

说明书

本发明涉及火力发电、智能优化控制技术领域，具体涉及一种二阶惯性纯滞后智能串级控制系统及其控制方法。针二阶惯性纯滞后系统存在非线性、纯滞后等问题，采用模糊控制与预测控制相结合的控制策略，设计了二阶惯性纯滞后智能串级控制系统，内回路采用预测PI控制，外回路采用模糊预测PI控制。同时，为了改善该二阶惯性纯滞后系统的控制性能和控制精度，提出一种基于改进粒子群优化的模糊预测串级控制方法。该方法将ITAE积分性能指标作为改进粒子群算法的适应度函数，利用改进粒子群算法对模糊预测PI控制器参数进行优化。

技术领域

本发明涉及火力发电、智能优化控制技术领域，具体涉及一种二阶惯性纯滞后智能串级控制系统及其控制方法。

背景技术

在火电、冶金生产等工业控制过程中，双容系统是一个典型的二阶惯性纯滞后系统，具有非线性、纯滞后等特点，从而增加了双容系统的控制难度，那么如何提高其控制快速响应性和控制精度问题一直是该领域的研究热点。通过改进双容系统的控制方法，能够提高系统的控制品质，进而对提高工业生产质量、保障生产安全有很大的帮助。目前，针对二阶惯性纯滞后系统常用的控制方法有常规PID控制、模糊控制等，但是难以取得良好的控制效果。

发明内容

针对二阶惯性纯滞后系统，采用模糊控制与预测控制相结合的控制策略，设计了一种二阶惯性纯滞后智能串级控制系统，内回路采用预测PI控制器，外回路采用模糊预测PI控制器。该系统不需要被控对象数学模型的精准参数值，能够在控制过程中实时调整控制器参数，具有良好的控制效果，较为智能。

为了改善该二阶惯性纯滞后智能串级控制系统的控制性能和控制精度，提供了一种二阶惯性纯滞后智能串级控制系统的控制方法，采用模糊预测控制方法，包括以下步骤：

步骤1，设计内回路预测PI控制器：内回路传递函数的数学模型如式(6)所示，期望得到的内回路闭环传递函数如式(9)所示，

式中，K₁为被控对象中的增益、T₁为纯滞后时间常数，τ₁为滞后时间，λ₁为引入的一个新的控制器参数，当0＜λ₁＜1时，内回路闭环响应速度加快，通过调整该参数值以得到期望的闭环响应时间常数；

根据内回路求得闭环传递函数：

由式(6)、式(9)以及式(10)求得预测PI控制器的传递函数如式(11)所示，

从而得到预测PI控制器的输入输出关系：

式中，e₁为误差；

步骤2，设计外回路模糊预测PI控制器：所述模糊预测PI控制器主要分为3个部分：模糊控制部分、PI控制部分以及预测部分；

所述模糊控制部分的输入为系统偏差e和偏差的变化率ec，输出为PI控制部分的参数λ；所述PI控制部分的输入为系统偏差e与调节参数，输出调节信号u₀进入预测部分；所述预测部分与系统的纯滞后时间相匹配，对PI控制器的输出进行预测补偿，然后将输出u₂给到广义被控对象；

步骤3，改进粒子群算法：假设在D维搜索空间中，有m个粒子，其中第i个粒子的位置记为X_i＝(x_i1,x_i2,…,x_iD)，速度记为V_i＝(v_i1,v_i2,…,v_iD)，找到的最优位置记为适应度值记为则粒子i下一步的最优位置根据公式(13)来确定：