[发明专利]炼油加热炉炉膛压力的多变量预测控制PID控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种基于预测函数控制优化的炼油加热炉炉膛压力比例积分微分(PID)控制方法，具体的是一种炼油加热炉炉膛压力的多变量预测控制PID控制方法。

背景技术

化工过程是我国流程工业过程的重要组成部分，其要求是供给合格的工业产品，以满足我国工业的需要。在目前工业控制中，因为传统的PID控制技术具有结构简单、鲁棒性好、易于操作等优点，所以在工业中得到了广泛的应用。炼油加热炉炉膛是一个典型的多输入多输出(MIMO)对象，传统的PID控制理论针对多变量对象的控制参数整定过程比较复杂，计算量比较大，控制性能差，往往不能满足实际化工过程中日益严格的控制精度和产品质量要求，更加先进、控制效果更好的算法仍然有待研究。针对多变量过程的先进控制方法有很多，现已取得了一定的成果。预测函数控制(PFC)是其中的一种先进控制方法，具有实时性好，输入规律明确且能够有效地减少算法的计算量等优点。如果能够将PFC控制性能好和PID控制结构简单的特性进行结合，使实际的多变量控制系统同时具备PFC和PID二者的优良特点，这样既能够保证控制结构的形式简单，又能够获得更好的控制效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有的化工过程系统控制技术的不足之处，提供一种炼油加热炉炉膛压力的多变量预测控制PID控制方法。该方法弥补了传统控制方式的不足，保证具备良好控制性能，同时又具备PID控制的简单形式，在对多变量也具有良好的控制效果。

本发明方法首先基于炼油加热炉炉膛压力对象的实时多输入多输出数据建立炼油加热炉炉膛压力对象的状态空间模型，然后结合状态过程和输出误差建立扩展的非最小状态空间模型。在此模型的基础上，依据预测函数控制的方法来优化PID控制器的参数，最后对被控对象实现PID控制。

本发明的技术方案是通过数据采集、模型建立、优化等手段，提供一种炼油加热炉炉膛压力的多变量预测控制PID控制方法，从而在实际过程中对多变量获得更好地控制性能，有效提高系统的控制性能。

本发明方法的步骤包括：

步骤1、建立被控对象的扩展非最小状态空间模型，具体步骤是：1.1通过采集被控对象的实时输入输出数据，利用最小二乘法建立多输入多输出系统模型。形式如下：

Y(k+1)+L₁Y(k)+L₂Y(k-1)+……+L_nY(k-n+1)＝S₁U(k)+S₂U(k-1)+……+S_nU(k-n+1)

其中，Y(k)表示k时刻预测系统模型的q维输出值，U(k)表示k时刻p维输入，L₁,L₂,……，L_n为需要辨识的标量系数，S₁,S₂,……,S_n为待辨识的q×p矩阵。