CN102681441A

CN102681441A - 一种基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统及应用

Info

Publication number: CN102681441A
Application number: CN2012101462460A
Authority: CN
Inventors: 管奎春
Original assignee: TONGLING HENGXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: TONGLING HENGXIN TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统，它包括基本控制器和接收基本控制器的输出信号u _i的被控设备，在基本控制器和被控设备之间设有对被控设备输出信号β _i的模糊前馈解耦控制器。本发明采用系统中相邻耦合量的输入偏差及其控制设定值之偏差为解耦控制器的输入，算法进一步简化，提高了系统的响应速度，减小了系统的时滞效应。相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制策略在PLC控制器中实现，这种方法克服了目前在上位机完成控制算法所带来的滞后等弊端，因此运行速度快，可靠性高，可以取得良好的控制效果。

Description

一种基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统及应用

技术领域

本发明涉及模糊前馈解耦控制系统，尤其涉及基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统。

背景技术

多变量系统的解耦设计思想在控制学科发展初期就己经形成，钱学森的著作“工程控制论”中就已得到了基本研究，首先将矩阵分析法应用于多变量控制系统分析中，提出了不相干控制的巧妙思想。1964年，Morgan在现代控制理论的框架下正式提出了MIMO(Multiple Input Multiple Output) 线性系统的输入输出解耦问题，即著名的Morgan问题。Morgan问题的研究大体分为两个阶段：第一阶段从1964到1982年讨论m=r(m为输入变量个数，r为输出变量个数) 的情况；第二阶段从1982年一直持续至今。目前，国内外对于多变量系统的解耦控制研究主要有三大类：

(1) 传统的解耦方法：传统解耦方法以现代频域法为代表，也包括时域法，主要适用于线性定常MIMO系统。传统的解耦方法不具有适应性，很难保证控制品质，甚至导致系统不稳定。

(2) 自适应解耦方法：多变量自适应解耦控制方法是将被控对象的解耦、控制和辨识结合起来，可以实现参数未知或时变系统的在线解耦控制。但是其本质要求为在线辨识对象模型，所以算法复杂，计算量大，实际工业过程的动态特性往往比所建模型复杂得多，因此其应用范围受到了一定限制。

(3) 智能解耦方法：智能解耦控制主要是指神经网络解耦控制、模糊解耦控制。其中神经网络由于可以任意精度逼近任意函数，并具有自学习功能，主要用于时变、非线性、特性未知的对象。但神经网络存在实现复杂、针对性太强的缺陷，限制了神经网络解耦控制的有效应用和推广。

发明内容

本发明要解决的问题是常规控制系统控制效果不好，甚至无法投入自动运行，为此设计了一种通过基础级的PLC控制器实现对底层各回路的解耦控制，处理复杂冶金工业过程的多变量、强耦合等特性的模糊前馈解耦控制系统。

本发明的技术方案是：一种基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统，它包括基本控制器和接收基本控制器的输出信号u _i的被控设备，在基本控制器和被控设备之间设有对被控设备输出信号β _i的模糊前馈解耦控制器。

上述模糊前馈解耦控制器有输入量D _i和D _i-1，基本控制器有能自适应的进行动态调整的设定输入量P _i，u _i和β _i合成为U _i输入被控设备，经过被控设备处理输出P _i (t)，D _i和D _i-1的数学表达式如下：

D _i =（P _i+1 -P _i ）-（P _i+1 (t)- P _i (t)） =（P _i+1 - P _i+1 (t)）-（P _i - P _i (t)）= e _i+1 - e _i；

p _i-1 =（P _i - p _i-1 ）-（P _i (t)- p _i-1 (t)）=（P _i - P _i (t)）-（p _i-1 - p _i-1 (t)）= e _i - e _i-1。

上述模糊前馈解耦控制器和基本控制器集成在PLC控制器中。

本发明的有益效果是采用系统中相邻耦合量的输入偏差及其控制设定值之偏差为解耦控制器的输入，算法进一步简化，提高了系统的响应速度，减小了系统的时滞效应。相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制策略在PLC控制器中实现，这种方法克服了目前在上位机完成控制算法所带来的滞后等弊端，因此运行速度快，可靠性高，可以取得良好的控制效果。

附图说明

图1是本发明控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括基本控制器和接收基本控制器的输出信号u _i的被控设备，在基本控制器和被控设备之间设有对被控设备输出信号β _i的模糊前馈解耦控制器。P _i为第i个耦合控制通道的被控设备之控制设定点，P _i (t)为第i个耦合控制通道的被控设备之实时输出量，P _i可由控制设定值专家库的支持下，自适应地进行动态调整；D _i和D _i-1为第i个耦合控制通道模糊前馈解耦控制器的输入，β _i为第i个耦合控制通道模糊前馈解耦控制器的输出，u _i为第i个耦合控制通道的基本控制器输出。在此基础上：

D _i-1 =（P _i - P _i-1 ）-（P _i (t)- P _i-1 (t)）=（P _i - P _i (t)）-（P _i-1 - P _i-1 (t)）= e _i - e _i-1 。

上式中，P _i-1、P _i、P _i+1为相邻回路被控量的设定值，（P _i-1 (t)、P _i (t)、P _i+1 (t)）为相邻回路被控量的实际输出值，e _i-1、e _i、e _i+1称为相邻回路的偏差值。以冶金工业过程多变量控制系统为例，相邻回路的偏差量可以为相互耦合的焦炉输出的多管煤气各管道压力量、矿石加工回转窑的温度量与压力量、加热钢坯的重油流量与温度量等相邻回路的偏差。

在各定义基础上，有下式成立：

β _i =F（D _i， D _i-1）；

U _i =u _i +β _i ；

其中，F为模糊前馈解耦函数；U _i即为邻接量偏差型模糊前馈解耦控制器的控制输出，被控现场设备通过此控制输出，实现精确解耦控制。

目前绝大多数控制系统的先进控制方法在上位机实现，PLC控制器只完成对被控设备的数据采集和执行器驱动，本发明的相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制策略通过模糊前馈解耦控制器和基本控制器集成在PLC控制器中实现，因此减少了系统时延，提高了运行速度。

Claims

1.一种基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统，它包括基本控制器和接收基本控制器的输出信号u _i的被控设备，其特征是在基本控制器和被控设备之间设有对被控设备输出信号β _i的模糊前馈解耦控制器。

2.如权利要求1所述的一种基于相邻回路偏差的模糊前馈解耦控制系统，其特征是所述模糊前馈解耦控制器有输入量D _i和D _i-1，基本控制器有能自适应的进行动态调整的设定输入量P _i，u _i和β _i合成为U _i输入被控设备，经过被控设备处理输出P _i (t)，D _i和D _i-1的数学表达式如下：

D _i =（P _i+1 -P _i ）-（P _i+1 (t)- P _i (t)） =（P _i+1 - P _i+1 (t)）-（P _i - P _i (t)）= e _i+1 - e _i ；

3.一种PLC控制器，其特征是所述模糊前馈解耦控制器和基本控制器集成在PLC控制器中。