[发明专利]一种比例微分超前智能模型集PID控制器设计方法

摘要

本发明公开了一种比例微分超前智能模型集PID控制器设计方法，属于流程工业生产技术领域。该方法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。该方法在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，实现在该控制器控制下的回路能够长期稳定运行。

主权项

1.一种比例微分超前智能模型集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，特别是生产过程中上下游关联较强的流量参数；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，引入了比例微分超前PID控制，即比例、微分对测量值起作用，仅积分对偏差起作用，避免设定值变化造成的输出参数大幅波动；R(s)为回路设定值；Y(s)为被控变量输出值；为控制器的积分作用部分传递函数；TI为积分时间常数；为比例微分部分传递函数，K为比例系数；TD为微分参数；α为微分放大系数，取值为0.05～0.1；GP(s)为过程对象传递函数；s为拉普拉斯算子；其特征在于：为实现控制回路得到有效控制，控制器设计目标为使得控制回路前向通道等价于积分环节相当于闭环控制回路等价于一阶惯性环节避免设定值变化造成的输出参数大幅波动，达到更有利于生产装置整体平稳运行的目的；G′P(s)为名义过程控制对象传递函数， G P ′ ( s ) = G P ( s ) 1 + G P ( s ) G P D ( s ) - - - ( 1 ) ]]>另外，为提升控制器的鲁棒性，在控制回路中加入鲁棒提升环节λ为鲁棒提升系数，在控制器参数设计阶段求得，该鲁棒提升系数的适当取值有利于提升回路的鲁棒性能及平稳过渡动态性能；对图3进行等价变换，得到变换后结构；GC(s)为所需设计的控制器，控制器的传递函数如下： G C ( s ) = T I s λ s + 1 × G I ( s ) = 1 λ s + 1 - - - ( 2 ) ]]>增加鲁棒提升环节后，最终控制器参数设计目标为确定控制器参数K、TI、TD，使得控制回路中GC(s)和G′P(s)环节的输入输出响应等价于一阶惯性环节在设定值R(s)改变后，被控变量实现比较理想的平稳过度过程；控制器参数及鲁棒提升系数设计采用随机搜索优化方法。