[发明专利]单入单出纯滞后自衡对象的自抗扰控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种单入单出纯滞后自衡对象的自抗扰控制方法以及一种单入单出纯滞后自衡对象的自抗扰控制装置。

背景技术

在工厂的实际控制系统中，控制回路成千上万，但是这其中绝大多数为单回路。在这些单回路控制系统中，被控对象各式各样，按不同的分类标准依次可分为线性系统和非线性系统，自平衡对象和非自平衡对象，时滞系统和非时滞系统等。

在现代流程工业中，由于系统的复杂性，我们很难得到系统的机理模型，尤其是非线性系统。但是绝大多数非线性系统都会在设定点附近工作或者波动，且过程控制的主要目标是保证系统能稳定在设定点附近。因而在设定点附近，我们可以用一个简单的线性模型来模拟系统动态。典型实例有化工生产流程中反应釜冷却夹套中冷却水流量和釜中温度之间的动态关系。由于设备结垢、物质分布不均等因素，冷却水——温度模型呈非线性特性。尤其在工业现场，导致出现滞后的情况包括：

1）测量变送带来的滞后。例如温度测量中，热电偶感知系统温度后变送带来的滞后；

2）系统自身存在的纯滞后。例如一阶水箱或者罐体的流量液位对象、管道阀门——流量对象，加热过程中燃料——温度对象，盘管换热过程中冷水流量——温度对象以及一阶RC电路等等例如一阶水箱或者罐体的流量液位对象、管道阀门——流量对象，加热过程中燃料——温度对象，盘管换热过程中冷水流量——温度对象以及一阶RC电路等对象自身存在着明显的纯滞后；

3）高阶系统或者慢过程对象的缓慢启动特性可以近似理解为该系统存在纯滞后。

为解决上述问题，目前通常的做法是，在单回路控制系统中设置一自抗扰控制器，它由一个扩张状态观测器加上一个反馈控制率共两部分组成。其中扩张状态观测器有两个输入，分别为被控对象输出量和上一时刻控制输入量。扩张状态观测器用来观测系统状态以及扰动量，进而提供状态反馈。它能够统一处理线性和非线性、时变和非时变、内扰和外扰。但是，若被控对象中存在纯滞后，对象的控制输入量输入对象后，要经过一个滞后时间才能从对象输出中体现出来，这样一来扩张状态观测器的被控对象输出量和上一时刻控制输入量就不是一一对应的了。因为输入到扩张状态观测器中的对象输出量并不是对应上一时刻的控制输入量，而是上一时刻再往前推一个对象滞后时间后对应时刻的控制输入量。同理，上一时刻控制输入量对应的输出量是从当前时刻沿着时间方向往后推一个滞后时间对应的输出量。从而会出现时间错位，使得扩张状态器的观测值不准确，从而会误导反馈控制率，造成控制效果变差甚至不稳定。

因此，有必要提供一种能让滞后对象输出量和上一时刻控制输入量对应的自抗扰的控制方法，提高控制效果。

发明内容

本发明提供一种单入单出纯滞后自衡对象的自抗扰控制方法及装置，能让滞后对象输出量和上一时刻控制输入量一一对应，提高控制效果。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种单入单出纯滞后自衡对象的自抗扰控制方法，包括如下步骤：

获取单入单出纯滞后自衡对象的滞后信息；所述滞后信息包括单入单出纯滞后自衡对象的输入与输出信息；

根据所述滞后信息计算得到线性纯滞后对象，并记录所述线性纯滞后对象的输出量和扰动估计量；

根据所述线性纯滞后对象的输出量和扰动估计量构建控制率，并采用史密斯预估器对所述控制率进行补偿得到补偿控制率；

根据所述补偿控制率对所述单入单出纯滞后自衡对象进行自抗扰控制。

一种单入单出纯滞后自衡对象的自抗扰控制，包括

对象获取模块，用于获取单入单出纯滞后自衡对象的滞后信息；所述滞后信息包括单入单出纯滞后自衡对象的输入与输出信息；

分析模块，用于根据所述滞后信息计算得到线性纯滞后对象，并记录所述线性纯滞后对象的输出量和扰动估计量；

补偿模块，用于根据所述线性纯滞后对象的输出量和扰动估计量构建控制率，采用史密斯预估器对所述控制率进行补偿得出补偿控制率；

控制模块，用于根据所述补偿控制率对所述单入单出纯滞后自衡对象进行自抗扰控制。