[发明专利]单调整系数预测函数控制设计方法

说明书

本发明公开了一种单调整系数预测函数控制设计方法。在工业过程控制系统中，常有一类控制对象的数学模型其迟延时间与惯性时间比值大于0.5，具有大迟延特性。目前广泛采用串级PID、导前微分控制等，难以取得满意的控制效果。本发明包括如下步骤：将工业过程控制系统中一阶惯性环节加纯迟延对象作为预测被控模型，采用一个阶跃函数，得出最优控制律，令预测步长为1得到一种单步最优控制律；利用单个调整系数方法，根据被控对象迟延时间和惯性时间设计单调整系数公式，给出具体的最优控制律；对最优控制律进行仿真验证。本发明保证了预测控制系统具有较强的鲁棒性；提高大滞后系统的控制品质；便于工程应用，同时参数整定简单，控制性能优良。

技术领域

本发明涉及预测函数控制设计，具体地说是一种单调整系数预测函数控制设计方法。

背景技术

在工业过程控制系统中，常有一类控制对象的数学模型其迟延时间与惯性时间比值大于0.5，具有大迟延特性。目前广泛采用串级PID、导前微分控制等，难以取得满意的控制效果。

为提高控制系统的控制品质，保证控制系统安全、高效运行，需要设计出有效的预测控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对一类大滞后对象的单调整系数预测函数控制设计方法，以保证预测函数控制具有较强的鲁棒性，提高大滞后系统的控制品质。

为此，本发明采用如下的技术方案：单调整系数预测函数控制设计方法，将工业过程控制系统中一阶惯性环节加纯迟延对象作为预测被控模型，该对象的特征是纯迟延时间相对于惯性时间的比值大于0.5，其包括如下步骤：

1)采用一个阶跃函数，得出最优控制律，令预测步长为1得到一种单步最优控制律；

2)利用单个调整系数方法，根据被控对象迟延时间和惯性时间设计单调整系数公式，给出具体的最优控制律；

3)对最优控制律进行仿真验证。

作为上述技术方案的补充，所述的预测被控模型为：

其中

式中，K_m为对象增益，T_m为对象惯性时间，T_d为对象延迟时间；

步骤1)中，当采用阶跃函数时有：

u(k+i)＝u(k),i＝1,2...H-1，

式中，u(k+i)为第k+i时刻被控对象的控制量，u(k)为第k时刻被控对象的控制量，H为预测时域；

当T_d＝0时，将对象离散化，并对性能指标求偏导获得最优控制律为：

式中，c(k+H)为第k+H时刻被控对象的设定值，c(k)为第k时刻被控对象的设定值，y(k)为第k时刻被控对象的输出，y_m(k)为第k时刻预测被控模型的输出，，T_R表示设定值滤波时间常数，T_s表示采样周期；

令H＝1，则上式得：

由于是阶跃信号，c(k+1)＝c(k)，因此由上式得：

式中，e(k)＝c(k)-y(k)，T_R表示设定值滤波时间常数，T_s表示采样周期；

步骤2)中，令为调整系数m，得出单调整系数预测函数控制律：

作为上述技术方案的补充，调整系数m的计算公式如下：