CN107272443B - 一种用于被控系统的控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于被控系统的控制方法和装置，所述方法包括：采集被控系统的多组实际工艺过程参数；将所述多组实际工艺过程参数分别输入所述被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立的；从所述多组仿真结果中选取最接近所述工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制。该方案通过将实际工艺过程参数输入至被控系统的仿真模型进行仿真，然后从仿真结果中择优，根据最优仿真结果对被控系统进行控制，如此，经过择优筛选的仿真结果，可以充分考虑实际工艺过程参数对被控系统的影响，提高了反馈控制的精确度和有效性。
Description
技术领域
本发明涉及控制技术领域，具体涉及一种用于被控系统的控制方法和装置。
背景技术
随着工业技术的不断发展，工艺过程的日益复杂，对工艺系统控制的方法、精度、时效性等提出了更高的要求。尤其对于厌氧反应过程及生物质气化过程，其具有的非线性、多函数、实变性、多级耦合、大时滞和附加物干扰等特性，使得传统的控制方式很难达到控制要求。为了保证控制的时效性和精度，现有的控制方法大都引入反馈控制，反馈控制是指将系统的输出信息返送到输入端，与输入信息进行比较，并利用二者的偏差进行控制的过程。但是现有的反馈控制方案比较单一，其控制结果依虽然依赖于系统的输出信息，但是并不能从输出信息中筛选出最有利于系统的控制因素，因而仍然存在控制精度不高的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中对工艺过程的控制方案精度低。从而提供一种用于被控系统的控制方法和装置。
有鉴于此，本发明实施例的第一方面提供了一种用于被控系统的控制方法，包括：采集被控系统的多组实际工艺过程参数；将所述多组实际工艺过程参数分别输入所述被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立的；从所述多组仿真结果中选取最接近所述工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制。
优选地，所述根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制包括：获取所述一组仿真结果对应的所述被控系统的目标变量的值；从所述仿真模型中提取与所述目标变量关联的数学表达式；将所述目标变量的值作为输入量逆推所述数学表达式，以得到该目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数；根据所述一组实际工艺过程参数对所述被控系统进行控制。
优选地，所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立包括：获取所述工艺参数对应的状态方程；向所述状态方程输入测试信号，得到输出响应；选取所述测试信号和所述输出响应对应的数学模型作为所述仿真模型。
优选地，所述仿真模型包括：时域模型、频域模型和状态空间模型中的一个或多个。
本发明实施例的第二方面提供了一种用于被控系统的控制装置，包括：采集模块，用于采集被控系统的多组实际工艺过程参数；仿真模块，用于将所述多组实际工艺过程参数分别输入所述被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立的；选取模块，用于从所述多组仿真结果中选取最接近所述工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；控制模块，用于根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制。
优选地，所述控制模块包括：获取单元，用于获取所述一组仿真结果对应的所述被控系统的目标变量的值；提取单元，用于从所述仿真模型中提取与所述目标变量关联的数学表达式；逆推单元，用于将所述目标变量的值作为输入量逆推所述数学表达式，以得到该目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数；控制单元，用于根据所述一组实际工艺过程参数对所述被控系统进行控制。
优选地，所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立包括：获取所述工艺参数对应的状态方程；向所述状态方程输入测试信号，得到输出响应；选取所述测试信号和所述输出响应对应的数学模型作为所述仿真模型。
优选地，所述仿真模型包括：时域模型、频域模型和状态空间模型中的一个或多个。
本发明实施例的第三方面提供了一种终端，包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述程序时实现本发明第一方面或第一方面的任一实施方式所述的用于被控系统的控制方法。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明第一方面或第一方面的任一实施方式所述的用于被控系统的控制方法。
本发明的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供的用于被控系统的控制方法，通过将被控系统的实际工艺过程参数输入至被控系统的仿真模型进行仿真，然后从仿真结果中以择优的方式选取与预设结果最接近的一组仿真结果，根据该一组仿真结果对被控系统进行控制，如此，经过择优筛选的仿真结果，可以充分考虑实际工艺过程参数对被控系统的影响，提高了反馈控制的精确度和有效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的用于被控系统的控制方法的一个流程图；
图2为本发明实施例1的基于冗余服务器平台的控制方案的示意图。
图3为本发明实施例2的用于被控系统的控制的一个框图；
图4为本发明实施例3的终端的一个框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种用于被控系统的控制方法，该方法可以基于两台或多台容错型冗余数据服务器为搭载平台进行实现，具体地，采用两台或多台数据服务器，搭建成容错型冗余工作机制，如果某台服务器出现故障，则系统将自动从出现故障的服务器切换到仍然激活的服务器上，这样可确保对过程控制进行监听和操作。同时，处于激活状态的服务器将继续对工艺过程的所有数据进行归档。在故障服务器恢复在线后，所有数据和用户归档的内容都将自动复制到已恢复的服务器。这将填补故障服务器的归档数据空白。如图1所示，该方法包括如下步骤：
S11：采集被控系统的多组实际工艺过程参数；即实时采集被控系统的实际工艺过程参数，如图2所示，被控系统可以是工艺设备控制5，则可以通过过程参数采集4实时采集工艺设备当前过程参数，以保证控制的及时性，保证控制策略根据被控系统的实时情况而变化。
S12：将多组实际工艺过程参数分别输入被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中仿真模型是根据被控系统的工艺参数建立的；具体地，将步骤S11采集到的多组实际工艺过程参数输入条件，输入至被控系统的仿真模型进行仿真，以得到每组实际工艺过程参数对被控系统的具体影响，此处仿真模型可以根据被控系统的工艺参数建立。
作为一种优选方案，被控系统仿真模型的建立可以包括：获取工艺参数对应的状态方程；向状态方程输入测试信号，得到输出响应；选取测试信号和输出响应对应的数学模型作为仿真模型。以基于两台或多台容错型冗余数据服务器为搭载平台为例，具体地，参考图2，数据服务器A(1)和数据服务器B(2)通过建立容错机制和冗余机制，搭建成为容错冗余服务器。两台数据服务器具有相同的建模、仿真、运算及控制权限。如果数据服务器A(1)出现故障，则系统将无扰的自动切换到数据服务器B(2)上，进行数据处理和运算。同时，数据服务器B(2)将继续对过程数据进行归档处理。当数据服务器A(1)恢复时，数据服务器B(2)自动对数据服务器A(1)进行复制，确保并行的两台数据服务器数据同步。反之亦然。建立容错冗余机制的两台数据服务器通过数据处理层网络(6)平行的接入控制系统(3)，与之进行数据交换和信息处理。由于控制系统的运算和分析能力是有限的，复杂的建模及仿真运行会占用大量资源，因此可以将复杂的建模及仿真运行任务交给数据服务器来处理，即将模型的载体和控制的核心分开，在不影响过程控制的前提下进行模拟仿真，可极大的提高控制系统的性能及效率。具体建模过程如下：
第一步、获取被控系统的工艺参数对应的状态方程，可以在容错型冗余服务器上建立被控系统的相关数学模型，根据工艺参数的不同，可以建立包括时域模型、频域模型、方框图及信号流图、状态空间模型中的一个或多个，以扩大控制方案的适用范围，采用分析法对被控系统及元件各变量之间所遵循的物理、化学定律列写出变量间的数学表达式作为状态方程；
第二步、向状态方程输入测试信号，得到输出响应；即采用实验的方式对状态方程进行验证，以使状态方程更能体现被控系统的实际情况。对状态方程对应的系统模型实施一定的信号干扰，根据系统模型的响应特点，得出模型所遵循的理化特性。具体地，用实验法对状态方程对应的模型系统或元件输入一定形式的测试信号(阶跃信号，单位脉冲信号，正弦信号等)，以得到输出响应。
第三步、选取测试信号和输出响应对应的数学模型作为仿真模型。即根据输出响应，经过数据处理从数据库中辨识出被控系统的数学表达式作为该被控系统的仿真模型。在模型建立过程中，可以适当的调整函数去逼近数学模型，以得到最优的仿真模型。
以上述所建的仿真模型为核心运作机制，以过程参数采集(4)为仿真模型的输入条件，进行仿真运行，通过仿真可观察仿真模型各变量变化的全过程。为了寻求被控系统的最优控制策略，可以建立被控系统各阶段的仿真模型，以提高控制策略的精确度。
S13：从多组仿真结果中选取最接近工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；即对多组仿真结果进行择优选取，选择最接近理想的预设结果的仿真结果，以保证控制策略的最优化。
S14：根据一组仿真结果对被控系统进行控制。即根据步骤S13中择优选取的最优的仿真结果为控制因素对被控系统进行工艺控制，避免了盲目采用被控系统的输出信息作为反馈信息进行控制时的不确定性，提高了控制结果的精确度。
作为一种优选方案，步骤S14具体可以包括：获取一组仿真结果对应的被控系统的目标变量的值；从仿真模型中提取与目标变量关联的数学表达式；将目标变量的值作为输入量逆推数学表达式，以得到该目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数；根据一组实际工艺过程参数对被控系统进行控制。具体地，步骤S13中，仿真过程中可得到系统模型各变量的变化趋势及生成的干扰因素，其中包括被控系统的目标变量的值，则选取最优的一组仿真结果后，可以获取到该最优仿真结果对应的目标变量的值，可以从仿真模型中提取该目标变量的值关联的数学表达式，该目标变量的值即为该数学表达式的最优点，然后将目标变量的值作为输入量逆推数学表达式，即控制目标变量的值为最终输出结果来逆向推导数学表达式，经运算可以得出最优的目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数，该组数据即为当前工艺过程的最优控制策略参数。最后将这一组实际工艺过程参数作为反馈信息对被控系统进行控制，可以大大提高控制策略的精确度。具体地，如图2所示，以工艺设备控制单元(5)为控制对象，以过程参数采集单元(4)为反馈，将上述一组实际工艺过程参数作为输入条件替代过程参数采集单元(4)的数值，形成闭环控制方式。对于温度等大时滞特点的系统采用预判型前馈的方式进行控制，压力等快速响应的系统采用自整定型PID的方式进行控制。
需要说明的是，本实施例中，数据服务器可以将该组最优控制数据进行归档复制，作为经验值比较参考。同时，将该组数据作为当前过程参数输入到系统模型，进行后续的模拟仿真。另外也可以根据将上述一组实际工艺过程参数与经验值加以比较，曲线型逼近处理后，作出控制策略及方法，对工艺过程加以控制。
本实施例提供的用于被控系统的控制方法，通过将被控系统的实际工艺过程参数输入至被控系统的仿真模型进行仿真，然后从仿真结果中以择优的方式选取与预设结果最接近的一组仿真结果，根据该一组仿真结果对被控系统进行控制，如此，经过择优筛选的仿真结果，可以充分考虑实际工艺过程参数对被控系统的影响，提高了反馈控制的精确度和有效性。
实施例2
本实施例供了一种相用于被控系统的控制装置，如图3所示，该装置包括：采集模块31、仿真模块32、选取模块33和控制模块34，各模块主要功能如下：
采集模块31，用于采集被控系统的多组实际工艺过程参数；具体参见实施例1中对步骤S11的详细描述。
仿真模块32，用于将多组实际工艺过程参数分别输入被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中仿真模型是根据被控系统的工艺参数建立的；具体参见实施例1中对步骤S12的详细描述。
选取模块33，用于从多组仿真结果中选取最接近工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；具体参见实施例1中对步骤S13的详细描述。
控制模块34，用于根据一组仿真结果对被控系统进行控制。具体参见实施例1中对步骤S14的详细描述。
作为一种优选方案，控制模块34包括：获取单元，用于获取一组仿真结果对应的被控系统的目标变量的值；提取单元，用于从仿真模型中提取与目标变量关联的数学表达式；逆推单元，用于将目标变量的值作为输入量逆推数学表达式，以得到该目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数；控制单元，用于根据一组实际工艺过程参数对被控系统进行控制。具体参见实施例1中的相关详细描述。
作为一种优选方案，仿真模型是根据被控系统的工艺参数建立包括：获取工艺参数对应的状态方程；向状态方程输入测试信号，得到输出响应；选取测试信号和输出响应对应的数学模型作为仿真模型。具体参见实施例1中的相关详细描述。
作为一种优选方案，仿真模型包括：时域模型、频域模型和状态空间模型中的一个或多个。具体参见实施例1中的相关详细描述。
本实施例提供的用于被控系统的控制装置，通过将被控系统的实际工艺过程参数输入至被控系统的仿真模型进行仿真，然后从仿真结果中以择优的方式选取与预设结果最接近的一组仿真结果，根据该一组仿真结果对被控系统进行控制，如此，经过择优筛选的仿真结果，可以充分考虑实际工艺过程参数对被控系统的影响，提高了反馈控制的精确度和有效性。
实施例3
本发明实施例提供了一种终端，如图4所示，包括：至少一个处理器41、存储器42，图4中以一个处理器为例，处理器41、存储器42通过总线40连接，存储器42存储有可被至少一个处理器41执行的指令，指令被至少一个处理器41执行，以使至少一个处理器41执行如下方法：
采集被控系统的多组实际工艺过程参数；
将多组实际工艺过程参数分别输入被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中仿真模型是根据被控系统的工艺参数建立的；
从多组仿真结果中选取最接近工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；
根据一组仿真结果对被控系统进行控制。
相关说明可以对应参见图1的步骤所对应的相关描述和效果进行理解，此处不做过多赘述。
上述实施例提供的终端，通过将被控系统的实际工艺过程参数输入至被控系统的仿真模型进行仿真，然后从仿真结果中以择优的方式选取与预设结果最接近的一组仿真结果，根据该一组仿真结果对被控系统进行控制，如此，经过择优筛选的仿真结果，可以充分考虑实际工艺过程参数对被控系统的影响，提高了反馈控制的精确度和有效性。
实施例4
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述实施例1所述的方法中的全部或部分流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于被控系统的控制方法，其特征在于，包括：
采集被控系统的多组实际工艺过程参数；
将所述多组实际工艺过程参数分别输入所述被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立的；
从所述多组仿真结果中选取最接近所述工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；
根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于被控系统的控制方法，其特征在于，所述根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制包括：
获取所述一组仿真结果对应的所述被控系统的目标变量的值；
从所述仿真模型中提取与所述目标变量关联的数学表达式；
将所述目标变量的值作为输入量逆推所述数学表达式，以得到该目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数；
根据所述一组实际工艺过程参数对所述被控系统进行控制。
3.根据权利要求1所述的用于被控系统的控制方法，其特征在于，所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立包括：
获取所述工艺参数对应的状态方程；
向所述状态方程输入测试信号，得到输出响应；
选取所述测试信号和所述输出响应对应的数学模型作为所述仿真模型。
4.根据权利要求1所述的用于被控系统的控制方法，其特征在于，所述仿真模型包括：时域模型、频域模型和状态空间模型中的一个或多个。
5.一种用于被控系统的控制装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集被控系统的多组实际工艺过程参数；
仿真模块，用于将所述多组实际工艺过程参数分别输入所述被控系统的仿真模型以得到多组仿真结果，其中所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立的；
选取模块，用于从所述多组仿真结果中选取最接近所述工艺参数对应的预设结果的一组仿真结果；
控制模块，用于根据所述一组仿真结果对所述被控系统进行控制。
6.根据权利要求5所述的用于被控系统的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括：
获取单元，用于获取所述一组仿真结果对应的所述被控系统的目标变量的值；
提取单元，用于从所述仿真模型中提取与所述目标变量关联的数学表达式；
逆推单元，用于将所述目标变量的值作为输入量逆推所述数学表达式，以得到该目标变量的值对应的一组实际工艺过程参数；
控制单元，用于根据所述一组实际工艺过程参数对所述被控系统进行控制。
7.根据权利要求5所述的用于被控系统的控制装置，其特征在于，所述仿真模型是根据所述被控系统的工艺参数建立包括：
获取所述工艺参数对应的状态方程；
向所述状态方程输入测试信号，得到输出响应；
选取所述测试信号和所述输出响应对应的数学模型作为所述仿真模型。
8.根据权利要求5所述的用于被控系统的控制装置，其特征在于，所述仿真模型包括：时域模型、频域模型和状态空间模型中的一个或多个。
9.一种终端，其特征在于，包括至少一个处理器以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-4中任一项所述的用于被控系统的控制方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的用于被控系统的控制方法。
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