[发明专利]模型驱动PID控制方法及控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及模型驱动比例-积分-微分（PID）控制方法及控制装置。

背景技术

PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。该控制器把收集到的被控对象的状态值和一个参考值进行比较，得出一个差值，然后根据该差值计算控制信号，以控制信号控制被控对象所在的系统，从而使被控对象在控制信号的作用下达到或者保持在参考值。以使用PID控制器为核心的控制方法在工业自动控制领域中由于有着广泛的应用。

发明人对现有技术进行研究发现，当使用现有的PID控制器控制具有大时延、大惯性特征的被控对象时，如果被控对象接收到一个阶跃扰动，即便采用效果最好的1/4衰减法作为整定方法设置PID参数，被控对象的状态值也需要经过四个半波的震荡才能与理想值相吻合。由于被控对象发生震荡，会影响被控对象所在系统的稳定性，所以使用现有PID控制方法对具有大时延、大惯性特征的被控对象进行控制时存在被控对象不稳定的问题。

发明内容

本发明实施例提供了模型驱动PID控制方法及控制装置，以解决现有PID控制方式在对具有大时延、大惯性特征的被控对象进行控制时被控对象不稳定的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种模型驱动PID控制方法，该方法包括：获取被控对象的状态值；将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号；根据所述缩放信号和作为正反馈的反馈信号生成输入信号，所述反馈信号由反馈装置以所述输入信号为输入生成，所述反馈装置的控制模型是所述被控对象的理想模型；根据所述输入信号和作为负反馈的补偿信号生成控制信号，所述补偿信号由补偿装置以所述状态值为输入生成，所述补偿装置用于对所述被控对象进行补偿，经过所述补偿装置补偿后的所述被控对象的控制模型与所述理想模型之间成比例关系；根据所述控制信号控制所述被控对象。

结合一方面，在第一种可能的实现方式中，所述获取被控对象的状态值具体为：获取被控锅炉的主蒸汽压力；所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为：将所述主蒸汽压力和预设压力之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入；所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为：根据所述控制信号控制被控锅炉的燃料量，从而控制所述主蒸汽压力。

结合一方面，在第二种可能的实现方式中，所述获取被控对象的状态值具体为：获取被控锅炉的主蒸汽温度；所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为：将所述主蒸汽温度和预设温度之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号为输入；所述根据所述控制信号控制所述被控对象具体为：根据所述控制信号控制被控锅炉的减温水量，从而控制所述主蒸汽温度。

结合一方面、一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述比例系数为K_c；所述反馈装置的控制模型具体为：其中S为所述反馈装置的输入信号，L_c，T_i为所述反馈装置的参数；所述补偿装置的控制模型具体为：K_f(1+T_fS)，其中S为所述补偿装置的输入信号，K_f，T_f为所述补偿装置的参数；所述比例系数K_c、所述反馈装置的参数L_c，T_i，及补偿装置的参数K_f，T_f都根据所述被控对象的动态特征试验数据进行参数计算生成。

结合一方面、一方面的第一种可能的实现方式、第二种可能的实现方式、第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，在所述获取被控对象的状态值之后还包括：根据所述状态值判断所述被控对象是否在可控制范围内；所述将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号具体为：当所述被控对象在可控制范围内时，将所述状态值和所述被控对象的理想值之间的偏差按照预定比例系数进行缩放生成缩放信号。