[发明专利]基于模范系统的对象辨识及控制系统优化整定方法

说明书

本发明属于控制系统优化技术领域，具体涉及了一种基于模范系统的对象辨识及控制系统优化整定方法，旨在解决现有技术无法优化无时延受控对象且效率低的问题。本发明包括：构建有时延或无时延系统被控对象、控制器和滤波器以及模范系统模范滤波器和模范对象的数学模型；设置系统估计对象参数的初始值；将幅值R的跳跃信号作为测试输入，获取系统的测试输出和模范系统的测试输出，计算系统的对象参数的修正值以及系统特定评价指标；迭代进行系统估计对象参数的修正直至系统特定评价指标最优，获得有时延或无时延的对象辨识参数及优化整定后的控制系统。本发明对于有时延和无时延系统的优化整定过程快、算法稳定、可靠性及抗干扰能力高、现场应用便利。

技术领域

本发明属于控制系统优化技术领域，具体涉及了一种基于模范系统的对象辨识及控制系统优化整定方法。

背景技术

当前工业过程控制中常用的控制系统优化方法基本分为三类：一类是操作人员凭经验逐一就具体对象对PID控制参数进行整定的方法，缺点是凭人的经验随意性大，无法确保优化结果；再一类是先对具体对象进行模型参数辨识，之后以某目标的寻优过程来确定调节控制参数，然而辨识算法一般较为复杂，且需逐一对具体对象进行反复搜索、迭代、逼近的寻优过程，使得在实施、维护中耗时费力，存在不易推广普及的限制；还有一类采用在线自适应调节控制器参数的各种算法，这些算法同样存在算法复杂，仅对某种对象适用、鲁棒性差，需高级技术人员实施、应用成本高等不利因素。

专利《基于模范系统的优化控制系统方法》[1]提出一种控制系统优化方法，针对工业过程中常见的对象类型，按指定的模范系统和需求目标的寻优过程获得优化参数，并建立模范系统优化的响应曲线为模板；通过在线地对特定的实际受控系统进行信号激励，参照上述模板逐步地解算(辨识)出受控对象的各参数，进而便捷地推算优化控制系统的PID控制与滤波参数，即可实现对该实际对象的优化控制。采用基于模范系统优化响应模板的控制参数在线整定方法，可用于维护控制系统长期在优化状态下运行。但此方法也存在以下不足：一是现有模范系统只针对有明显时延响应的受控对象，而不包括无时延对象；二是参数辨识方法和在线控制参数整定方法还是有些差异且需多次激励响应逐步地完成(每次仅获得一个参数)，即使在系统日常运行维护过程(此时通常是因为执行机构逐渐积累的磨损使参数发生偏移)中也需每次一个参数地逐步完成，因此对于在线的运行工况影响较大、维护效率受限。

总的来说，传统的控制系统优化方法算法复杂，仅对某种对象适用、鲁棒性差，需高级技术人员实施、应用成本高，而现有基于模范系统的控制系统优化方法只针对有明显时延响应的受控对象，并且每次仅获得一个参数，对于在线的运行工况影响较大、系统优化效率低。

以下文献是与本发明相关的技术背景资料：

[1]邱育东、张文生，基于模范系统的优化控制系统方法，2015.08.24，CN105182932B.

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术无法进行无时延受控对象优化，并且优化效率低的问题，本发明提供了一种基于模范系统的对象辨识及控制系统优化整定方法，该方法包括：

步骤S10，构建有时延控制系统中被控对象Gp、滤波器Gf和控制器Gc以及模范系统中模范滤波器Gfo和模范对象Go的数学模型，并确定优化参数；构建无时延控制系统中被控对象Gp、滤波器Gf和控制器Gc以及模范系统中模范滤波器Gfo和模范对象Go的数学模型，并确定优化参数；

步骤S20，设置有时延或无时延系统的估计对象参数的初始值；

步骤S30，将幅值R的跳跃信号作为系统的测试输入，获取有时延或无时延控制系统的测试输出和模范系统的测试输出

基于幅值R、有时延或无时延控制系统的测试输出和模范系统的测试输出计算有时延或无时延系统的对象参数的修正值；基于所述有时延或无时延控制系统的测试输出和模范系统的测试输出计算有时延或无时延系统的特定评价指标Sdy_o；