[发明专利]一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体而言，涉及一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方法。

背景技术

大迟延、大惯性、模型时变是工业生产过程中普遍存在的现象，由于这种现象的存在，往往会导致调节作用不及时，控制效果需要很长一段时间才能够反映到系统的输出上，这就势必造成调节时间过长或引起过调，导致系统震荡。然而，工业生产过程中又需要将诸如工质的温度、压力、流量等参数长时间的控制在一个较为平稳的范围内，否则轻则对生产设备造成损害，重则威胁到生产安全甚至员工的生命安全。

现有技术中，工业上普遍采用的PID控制策略，图1为工业上普遍采用的PID控制策略的原理示意图；PID控制策略以其适应性强、鲁棒性强等特点，在大多数工业对象的控制中都能够得到较为满意的效果。但是，由于许多工业被控对象存在着大迟延、大惯性、模型时变等特性，因此用一组事先整定好的PID参数实施控制难以达到良好的控制效果，特别是当被控对象的数学模型变化超出一定的范围时，系统控制品质会明显降低，甚至发散。

因此，选取一种更加合理的控制策略，来克服工业生产过程中普遍存在的大迟延、大惯性、模型时变现象，将被控对象的运行参数控制在一个较为平稳的范围内，一直是工业控制领域中一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方法，用以达到提高现有工业控制效果、使被控对象的运行参数更加平稳可靠、提高工业自动化程度、减少工人劳动强度、保证设备安全稳定运行的目的。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方法，包括以下步骤：

根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际值历史数据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对象的数学模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化；

根据被调量在当前时刻k的变化以及被调量在当前时刻k的设定值和实际值，确定系统所处的状态，并依据预设的变参数规则，相应的增大或减小控制器参数和控制器增益，自适应调整控制器的输出以控制执行机构动作，其中，系统所处的状态是指系统趋于平稳还是趋于震荡发散；

令k＝k+1，，重复上述步骤，形成闭环循环操作，将被调量维持在一个较为稳定的范围内。

进一步地，根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际值历史数据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对象的数学模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化包括：

步骤1：采集当前时刻之前一段时间内的被调量的实际值历史数据Y_N＝[y(k-n-1),y(k-n),…,y(k-1)]和控制器的输出值历史数据U_N＝[u(k-n-1),u(k-n),…,u(k-1)]，其中Y_N和U_N均为一个按时间顺序排列的单行n+1列的数组，其中，假设k为当前时刻，k-1，…，k-n，k-n-1为一组间隔相同采样步长的采样时刻，n为自然数；

步骤2：选取被控对象的数学模型为：

A(z^-1)y(k)＝B(z^-1)u(k)+ε(k)

其中，A(z^-1)＝1+a₁z^-1+…+a_nz^-n，为首一多项式，

B(z^-1)＝b₀+b₁z^-1+…+b_nz^-n，

ε(k)为噪声模型，

一般情况下，工业被控对象的数学模型均可由一阶惯性环节加纯迟延来描述，经离散化后，将被控对象的数学模型简化为：

y(k)＝-a₁y(k-1)+b₁u(k-τ-1)+ε(k-1)

其中，τ为纯迟延时间，通过对历史数据进行分析后，给出一个τ的初始值τ₀；