專利名稱：一種非方時滯系統的imc-pid控制器的設計方法
技術領域：
本發明涉及工業過程控制領域對非方時滯系統的控制方法。
背景技術：
Shell標準控制問題以流化催化裂化裝置中的重油分餾塔為基礎建立多變量被控過程模型。重油分餾塔具有三個產品抽出口和三個側線循環回流環，由進料帶入的汽態過熱蒸汽流提供分餾塔熱量。重油分餾塔是通過塔內不平衡的汽液兩相逆向流動，在多次密切接觸中進行傳熱和傳質，從而達到期望的產品分離。它是一種非方模型，由于非方系統的特殊結構，使得大部分適用于方系統的控制方法都無法直接應用于非方系統的控制。常見的用于非方系統控制的方法是通過增加或者移除某些變量，達到將非方系統轉化為方型系統來進行控制的目的。然而增加變量意味著更高的控制作用消耗和更高的成本，而移除變量又會使得系統的性能變差，甚至導致不可控現象的發生。近年來，有效開環傳遞函數(effectiveopen-loop transfer function, EOTF)的概念被逐漸應用于多變量系統的控制器設計中。其核心思想是通過模型等效將多回路控制器的設計合理地轉變為多個獨立單回路控制器的設計。解決了多變量系統控制中難于實現穩定解耦的難題，又避免了傳統控制方法先對MIMO系統進行解耦操作再進行控制器設計的繁瑣步驟，大大降低了復雜計算給系統引入人為誤差的可能性，從而有效提高了控制精度。但是目前對于EOTF概念的應用僅僅是停留在方系統的控制方面。I.基本理論I. I IMC-PID 的基本原理圖I所示為內?？刂频幕窘Y構，其中，R為設定值，U為輸入變量，Gp，Gm分別為被控對象和內部模型，Gim。為內?？刂破鳎琘p，Ym分別為被控對象的輸出和內部模型的輸出，d
為外部干擾項。內模控制器的形式表達為⑷= (G(.v)/(.v)，式中Gm_(s)是對象模型中
的最小相位部分，即Gm_(s)穩定，且預測項不在Gm_(s)中。f(s)為濾波器，表達為f (S)=I/(1+Xs)%q是使內模控制器Gnc(S)有理的最小值，λ為濾波器參數。為了使內?？刂破髂苡糜诠I現場中，一般都需要將控制器轉化為PID形式，由圖2經典反饋控制器與內?？刂破鞯霓D化關系可知，Gnc和C的等價關系是C=Gnc/(I-GdiGimc)。從式中可以看出，只要求得IMC控制器的傳遞函數，就可以得到反饋控制器C的傳遞函數。再通過數學變換，即可求得PID的參數。但是對于多變量系統，上述推導過程需要進行矩陣求逆等一系列繁瑣易錯的數學計算，尤其是對于傳遞函數矩陣不對稱的非方系統，上述轉換關系更難以通過數學變換實現。I. 2用于數值搜索的增量式不完全微分PID算法PID控制器的控制規律表達式為式中，u(t)為對象輸入，e(t)為給定值與對象輸出之間的偏差，且e (t) =r (t) -y (t)，Kp為比例系數，Ti為積分時間常數，Td為微分時間常數。為了在數值搜索算法中來確定PID參數的值，積分項和微分項不能直接使用，可以通過如下的近似變換
權利要求
1.一種非方時滯系統的IMC-PID控制器的設計方法，其特征在于， 控制器與內?？刂破鬓D化關系中，R為設定值，U為輸入變量，Gp, Gm分別為被控對象和內部模型，Gim。為內?？刂破?，Yp，Ym分別為被控對象的輸出和內部模型的輸出，d為外部干擾項；內模控制器的形式表達為(M/dv) = G, 1 (.ν)/(λ),式中Gm_(s)是對象模型中的最小相位部分，即Gm_(s)穩定，且預測項不在Gm_ (s)中；f(s)為濾波器，表達為
2.根據權利要求I所述非方時滯系統的IMC-PID控制器的設計方法，其特征在于由非方系統多給定采數法得到控制器兩端的數值之后，利用NLJ-PSO結合搜索算法即NPSO算法，進行PID參數值的搜索，需要進行搜索的不完全微分的PID控制器的參數為Κρ，Ki，Kd, ct ο
全文摘要
一種非方時滯系統的IMC-PID控制器的設計方法涉及工業過程控制領域。本發明利用有效開環傳遞函數的思想，將非方系統控制問題轉換為一系列獨立回路的控制，然后結合內?？刂破鞯脑O計方法以及數值搜索算法，設計出可以用于實際現場的IMC-PID控制器。本發明的優點(1)使用等效模型，避免了先解耦再設計控制器的復雜運算；(2)利用搜索算法直接搜索得出非方系統的PID的參數值，計算過程簡便；(3)提出了非方多給定采數法對控制器兩端的輸入輸出進行采樣；(4)采用了新型增量式不完全微分PID形式的IMC-PID控制器，顯著減少全量累加的計算量，提高了抗干擾性和對實際工況的適應性。
文檔編號G05B11/42GK102890446SQ20121037761
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月8日 優先權日2012年10月8日
發明者靳其兵, 郝俸 申請人:北京化工大學