CN110109360B - 一种工业过程广义大琳响应控制方法 - Google Patents
一种工业过程广义大琳响应控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110109360B CN110109360B CN201910431731.4A CN201910431731A CN110109360B CN 110109360 B CN110109360 B CN 110109360B CN 201910431731 A CN201910431731 A CN 201910431731A CN 110109360 B CN110109360 B CN 110109360B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- generalized
- model
- tourmaline
- transfer function
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 229940070527 tourmaline Drugs 0.000 title claims abstract description 29
- 229910052613 tourmaline Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000011032 tourmaline Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000003842 industrial chemical process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 6
- 240000005523 Peganum harmala Species 0.000 claims description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 claims description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 claims description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 32
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 230000026676 system process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
本发明公开了一种工业化工过程广义大琳响应控制方法,包括如下步骤:步骤1、建立带扰动的系统离散被控过程线性模型,定义新型广义输入得到离散系统的广义过程模型;步骤2、引入闭环等效的离散大琳控制算法,结合广义过程模型设计广义大琳响应控制器。本发明通过数据采集、模型建立、预测机理、优化等手段,可有效提高系统的控制性能。
Description
技术领域
本发明属于自动化技术领域,涉及一种工业化工过程广义大琳响应控制方法。
背景技术
随着微型计算机技术的普及和先进控制理论的快速发展,在现代工业生产过程中,先进的工业生产技术通过计算机控制能够快速、高效地实现产品的大量生产。而现在工业上对被控对象的调节控制主要存在以下几个普遍的问题:过程纯滞后的时间较长,控制系统的自衡性较差,存在于工作过程中的干扰因素众多等,这些不仅会影响系统的控制性能,还会带来一些生产安全问题。针对上面的工业控制问题,利用计算机的快速计算能力和广义控制的稳定性,提出一种快速稳定的数字化控制方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了有效的处理系统过程纯滞后、系统鲁棒性和自衡性问题,而提出了一种工业化工过程广义大琳响应控制方法。该方法首先建立一个带扰动的系统离散被控过程线性模型,定义新型的广义输入得到离散系统的广义过程模型;然后,引入闭环等效的离散大琳控制算法,结合广义过程模型设计广义大琳响应控制器。最后以电加热炉炉温控制为例,说明能够有效的处理系统过程纯滞后、系统鲁棒性和自衡性问题。
本发明方法的步骤包括:
步骤1、建立离散系统的广义过程模型,具体步骤如下:
1.1首先建立带有干扰的系统离散被控过程线性模型,表示如下:
其中,z是离散变换因子,y(z)、u(z)、di(z)分别是过程输出、输入和第i个扰动的z变换;Gu(z)、Gi(z)分别为过程被控对象和第i个扰动的脉冲传递函数。
1.2根据内模控制原理,建立系统的控制过程模型,如下;
其中,是系统内部模型脉冲传递函数,一般设为Gu+(z)是全通滤波器脉冲传递函数,包含时滞和有半平面零点,Gu-(z)是具有最小相位系统脉冲传递函数;GI(z)为内模控制脉冲传递函数模型,且GI(z)=Gu-(z)-1F(z),λ为滤波系数,F(z)为滤波器脉冲传递函数,Gu-(z)-1为Gu-(z)的倒数,z-1为差分算子。
1.3根据系统的模型对偶控制,将步骤1.1中的过程模型改写为如下形式:
其中,
A(z)为Gu(z)、∑GI(z)的最小公分母多项式,B+(z)为传递函数带z-1项和时间延迟的零点多项式,B-(z)为所有在开单位圆内零点的多项式,Cj(z)为不稳定极点脉冲传递函数的系数多项式;z-i为z-1的i次方;ai、βi、bi、cij分别为第i个干扰下对于过程的系数。
1.4根据步骤1.3,定义一个新型的广义输入,形式如下:
V(z)=Q(z)B-(z)u(z)+P(z)y(z)
1.5根据步骤1.4,可以将步骤1.3中的过程模型改写为,如下形式:
其中,T(z)是过程极点多项式,且T(z)=A(z)Q(z)+B+(z)P(z)。
再根据步骤1.2中的内模控制模型形式,将上式等效为闭环过程,可得到:为广义被控对象脉冲传递函数,为等效误差,GI(z)=T(z)M(z),M(z)=F(z)/B+(z);与步骤1.1类比可得到T(z)的多项式形式类比于A(z)的形式,采用收缩原开环极点配置方法可得到:将其带入式T(z)=A(z)Q(z)+B+(z)P(z)中,通过丢番图方程求解可得Q(z)和P(z),0≤α≤1为模型广义调节参数。
步骤2、设计广义大琳系统的过程控制器,具体步骤如下:
2.1引入大琳控制算法,定义系统的闭环传递函数,形式如下:
其中,ysp(z)为系统设定值的z变换形式,系统大琳调节参数,T为采样周期,Tc为闭环系统的时间常数;z-N-1为z-1的N+1次方,N是在系统纯滞后τ中最大的采样周期次数;Ku=B+(1),为广义大琳系统的稳态增益;D(z)为系统的反馈控制器。
2.2根据步骤2.1可以求得系统控制器的形式,如下所示:
2.3根据步骤1.4、步骤1.5和步骤2.2可以得到广义大琳系统的过程控制量,如下:
Q(z)B-(z)[Ku(1-σz-1)-(1-σ)z-N-1B+(z)]u(z)
=T(z)(1-σ)z-N-1e(z)-P(z)[Ku(1-σz-1)-(1-σ)z-N-1B+(z)]y(z)
其中,e(z)=ysp(z)-y(z),为系统过程误差。
2.4根据步骤2.1到步骤2.3,依次做循环求解基于一种工业过程广义大琳响应控制的控制量u(z),再将其作用于被控对象。
本发明通过数据采集、模型建立、预测机理、优化等手段,提出了一种工业过程广义大琳响应控制方法,该方法可有效提高系统的控制性能。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
以实际过程中电加热炉炉内温度控制过程举例:
其中,电加热炉炉内温度为电加热炉系统的被控对象,并以继电器通断时间占空比的调节作为电加热炉炉内温度控制过程的控制量。通过对继电器通断时间占空比的调节控制,来实现对电加热炉炉内温度的有效控制。
步骤1、建立离散电加热炉炉内温度控制系统的广义过程模型,具体步骤如下:
1.1首先建立带有干扰的离散电加热炉炉内温度控制系统的过程线性模型,表示如下:
其中,z是离散变换因子,y(z)、u(z)、di(z)分别是电加热炉炉内温度控制过程温度变量、继电器通断时间占空比和第i个扰动的z变换;Gu(z)、Gi(z)分别为电加热炉炉内温度控制过程的脉冲传递函数和第i个扰动的脉冲传递函数。
1.2根据内模控制原理,建立电加热炉炉内温度控制系统的控制过程模型,如下;
其中,是电加热炉炉内温度控制系统内部模型脉冲传递函数,一般设为Gu+(z)是全通滤波器脉冲传递函数,包含时滞和有半平面零点,Gu-(z)是具有最小相位系统脉冲传递函数;GI(z)为内模控制脉冲传递函数模型,且GI(z)=Gu-(z)-1F(z),λ为滤波系数,F(z)为滤波器脉冲传递函数,Gu-(z)-1为Gu-(z)的倒数,z-1为差分算子。
1.3根据电加热炉炉内温度控制系统的模型对偶控制,将步骤1.1中的电加热炉炉内温度控制过程模型改写为如下形式:
其中,
A(z)为Gu(z)、∑GI(z)的最小公分母,B+(z)为传递函数带z-1项和电加热炉炉内温度控制过程时间延迟的零点多项式,B-(z)为所有在开单位圆内零点的多项式,Cj(z)为不稳定极点脉冲传递函数的系数多项式;z-i为z-1的i次方;ai、βi、bi、cij分别为第i个干扰下对于过程的系数。
1.4根据步骤1.3,定义一个新型的电加热炉炉内温度控制系统的广义输入,形式如下:
V(z)=Q(z)B-(z)u(z)+P(z)y(z)
1.5根据步骤1.4,可以将步骤1.3中的电加热炉炉内温度控制过程模型改写为,如下形式:
其中,T(z)是电加热炉炉内温度控制过程极点多项式,且T(z)=A(z)Q(z)+B+(z)P(z)。
再根据步骤1.2中的内模控制模型形式,将上式等效为闭环过程,可得到:为电加热炉炉内温度控制过程的广义被控对象脉冲传递函数,为电加热炉炉内温度控制过程等效误差,GI(z)=T(z)M(z),M(z)=F(z)/B+(z),与步骤1.1类比可得T(z)的多项式形式类比于A(z)的形式,采用收缩原开环极点配置方法可得到:将其带入式T(z)=A(z)Q(z)+B+(z)P(z)中,通过丢番图方程求解可得Q(z)和P(z),0≤α≤1为电加热炉炉内温度控制过程模型广义调节参数。
步骤2、设计广义大琳电加热炉炉内温度控制系统的继电器通断时间占空比调节控制器,具体步骤如下:
2.1引入大琳控制算法,定义电加热炉炉内温度控制系统的闭环传递函数,形式如下:
其中,ysp(z)为电加热炉炉内温度设定值,电加热炉炉内温度控制系统大琳调节参数,T为采样周期,Tc为闭环电加热炉炉内温度控制系统的时间常数;z-N-1为z-1的N+1次方,N是在电加热炉炉内温度控制系统纯滞后τ中最大的采样周期次数;Ku=B+(1),为广义大琳控制过程的稳态增益;D(z)为电加热炉炉内温度控制系统的继电器通断时间占空比反馈控制器。
2.2根据步骤2.1可以求得电加热炉炉内温度控制系统的继电器通断时间占空比反馈控制器的形式,如下所示:
2.3根据步骤1.4、步骤1.5和步骤2.2可以得到电加热炉炉内温度广义大琳控制系统的继电器通断时间占空比调节量,如下:
Q(z)B-(z)[Ku(1-σz-1)-(1-σ)z-N-1B+(z)]u(z)
=T(z)(1-σ)z-N-1e(z)-P(z)[Ku(1-σz-1)-(1-σ)z-N-1B+(z)]y(z)
其中,e(z)=ysp(z)-y(z),为电加热炉炉内温度控制系统的过程误差。
2.4根据步骤2.1到步骤2.3,依次做循环求解基于电加热炉炉内温度控制过程广义大琳响应控制的继电器通断时间占空比调节量u(z),再将其作用于电加热炉炉内温度控制对象。
Claims (2)
1.一种工业化工过程广义大琳响应控制方法,包括如下步骤:
步骤1、建立带扰动的系统离散被控过程线性模型,定义新型广义输入得到离散系统的广义过程模型;
步骤2、引入闭环等效的离散大琳控制算法,结合广义过程模型设计广义大琳响应控制器;
所述步骤1具体如下:
1.1首先建立带有干扰的系统离散被控过程线性模型,表示如下:
其中,z是离散变换因子,y(z)、u(z)、di(z)分别是过程输出、输入和第i个扰动的z变换;Gu(z)、Gi(z)分别为过程被控对象和第i个扰动的脉冲传递函数;
1.2根据内模控制原理,建立系统的控制过程模型,如下;
其中,是系统内部模型脉冲传递函数,一般设为Gu+(z)是全通滤波器脉冲传递函数,包含时滞和有半平面零点,Gu-(z)是具有最小相位系统脉冲传递函数;GI(z)为内模控制脉冲传递函数模型,且GI(z)=Gu-(z)-1F(z),λ为滤波系数,F(z)为滤波器脉冲传递函数,Gu-(z)-1为Gu-(z)的倒数,z-1为差分算子;
1.3根据系统的模型对偶控制,将步骤1.1中的过程模型改写为如下形式:
其中,
A(z)为Gu(z)、∑GI(z)的最小公分母多项式,B+(z)为传递函数带z-1项和时间延迟的零点多项式,B-(z)为所有在开单位圆内零点的多项式,Cj(z)为不稳定极点脉冲传递函数的系数多项式;z-i为z-1的i次方;ai、βi、bi、cij分别为第i个干扰下对于过程的系数;
1.4根据步骤1.3,定义新型广义输入,形式如下:
V(z)=Q(z)B-(z)u(z)+P(z)y(z)
1.5根据步骤1.4,将步骤1.3中的过程模型改写为,如下形式:
其中,T(z)是过程极点多项式,且T(z)=A(z)Q(z)+B+(z)P(z);
2.如权利要求1所述的工业化工过程广义大琳响应控制方法,其特征在于:所述步骤2具体如下:
2.1引入大琳控制算法,定义系统的闭环传递函数,形式如下:
其中,ysp(z)为系统设定值的z变换形式,系统大琳调节参数,T为采样周期,Tc为闭环系统的时间常数;z-N-1为z-1的N+1次方,N是在系统纯滞后τ中最大的采样周期次数;Ku=B+(1),为广义大琳系统的稳态增益;D(z)为系统的反馈控制器;
2.2根据步骤2.1求得系统控制器的形式,如下所示:
2.3根据步骤1.4、步骤1.5和步骤2.2得到广义大琳系统的过程控制量,如下:
Q(z)B-(z)[Ku(1-σz-1)-(1-σ)z-N-1B+(z)]u(z)=T(z)(1-σ)z-N-1e(z)-P(z)[Ku(1-σz-1)-(1-σ)z-N-1B+(z)]y(z)
其中,e(z)=ysp(z)-y(z),为系统过程误差;
2.4根据步骤2.1到步骤2.3,依次做循环求解的控制量u(z),再将其作用于被控对象。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910431731.4A CN110109360B (zh) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 一种工业过程广义大琳响应控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910431731.4A CN110109360B (zh) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 一种工业过程广义大琳响应控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110109360A CN110109360A (zh) | 2019-08-09 |
CN110109360B true CN110109360B (zh) | 2021-12-07 |
Family
ID=67491807
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910431731.4A Active CN110109360B (zh) | 2019-05-22 | 2019-05-22 | 一种工业过程广义大琳响应控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110109360B (zh) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110879576B (zh) * | 2019-10-15 | 2020-09-15 | 杭州电子科技大学 | 水泥熟料冷却过程的分数阶模型广义二自由度控制方法 |
CN113359467B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-05-02 | 杭州电子科技大学 | 一种工业过程中基于分数阶模型的改进内模控制方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA2532062A1 (fr) * | 2005-01-14 | 2006-07-14 | Nutrinor Cooperative Agro-Alimentaire Du Saguenay Lac St-Jean | Composition alimentaire pour maintien et retablissement des fonctions digestives |
WO2014168440A1 (ko) * | 2013-04-10 | 2014-10-16 | 포항공과대학교 산학협력단 | 역구조 유기 발광 다이오드 및 이의 제조방법 |
CN104679061A (zh) * | 2013-11-28 | 2015-06-03 | 哈尔滨功成科技创业投资有限公司 | 一种基于大林算法的温度控制系统 |
CN105807632B (zh) * | 2016-05-06 | 2018-06-12 | 中南大学 | 一种基于改进大林算法的加热炉温度控制器设计方法 |
CN108388112B (zh) * | 2018-02-02 | 2021-02-05 | 杭州电子科技大学 | 一种批次过程二维模型预测控制方法 |
-
2019
- 2019-05-22 CN CN201910431731.4A patent/CN110109360B/zh active Active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
板形闭环控制系统的滞后补偿策略研究;马磊;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)•工程科技Ⅰ辑》;20150515;正文第8-18页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110109360A (zh) | 2019-08-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109557810B (zh) | 一种基于新型二自由度内模pid的加热炉温度控制方法 | |
CN110109360B (zh) | 一种工业过程广义大琳响应控制方法 | |
CN109116738B (zh) | 一种工业加热炉的二自由度内模控制分析方法 | |
CN105807632B (zh) | 一种基于改进大林算法的加热炉温度控制器设计方法 | |
CN105892296B (zh) | 一种工业加热炉系统的分数阶动态矩阵控制方法 | |
JP2013069094A (ja) | 制御方法および制御装置 | |
CN109240362A (zh) | 一种基于分数阶PID控制器的废水pH值调节方法 | |
CN112180737A (zh) | 一种基于自抗扰控制和类史密斯预估的控制系统控制方法 | |
CN108614432B (zh) | 一种基于粒子群算法的网络环境电机控制器设计算法 | |
CN106773675B (zh) | 火电机组预测函数控制简化方法及其应用 | |
CN110262221B (zh) | 一种热工过程中对象的pid控制器参数控制方法 | |
CN111650829A (zh) | 基于人工智能的内嵌pid模块参数调节方法、系统及装置 | |
CN108089442A (zh) | 一种基于预测函数控制与模糊控制的pi控制器参数自整定方法 | |
CN114326400A (zh) | 一种一阶线性自抗扰控制系统及其参数整定方法 | |
CN109100933B (zh) | 一种限幅微分控制方法 | |
CN110879576B (zh) | 水泥熟料冷却过程的分数阶模型广义二自由度控制方法 | |
CN113359467B (zh) | 一种工业过程中基于分数阶模型的改进内模控制方法 | |
Jin et al. | IMC-PID controller based on diagonal equivalent model for multivariable systems with multiple time delays | |
CN108829058B (zh) | 一种化工批次过程模糊迭代学习控制方法 | |
Neçaibia et al. | Optimal auto-tuning of fractional order PI λ D μ controller for a DC motor speed using Extremum seeking | |
Nagaraj et al. | Optimum tuning algorithms for PID controller—a soft computing approach | |
CN105278359B (zh) | 一种通过单变量控制单元达成多变量控制的控制器 | |
CN112947048B (zh) | 一种多变量耦合控制系统的控制方法、系统及介质 | |
CN113359424B (zh) | 一种工业过程的预测时域优化的扰动补偿控制方法 | |
Shekher et al. | Design and implementation of real time integer order PID controller for infrared heater |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |