[发明专利]一种三阶控制器的最优参数获取方法

说明书

本发明涉及工业过程控制技术领域，更具体地，涉及一种三阶控制器的最优参数获取方法。一种三阶控制器的最优参数获取方法，包括以下步骤：S1：建立黑箱过程Z‑N模型的传递函数；S2：建立三阶控制器的传递函数；S3：根据黑箱过程Z‑N模型的传递函数以及三阶控制器的传递函数，建立三阶控制器与黑箱过程Z‑N模型的开环系统频域函数；S4：设置三阶控制器的传递函数以及开环系统频域函数的预设参数；S5：对三阶控制器的最优参数进行搜索。本发明依据黑箱过程Z‑N模型和开环系统的相位裕度获取三阶控制器的最优参数，克服了现有技术中PI控制器存在着跟踪常值扰动效率不高的问题。

技术领域

本发明涉及工业过程控制技术领域，更具体地，涉及一种三阶控制器的最优参数获取方法。

背景技术

比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation，PID)控制器在工业过程控制领域有广泛的应用，但是这并不代表PID控制器已经能够完美地满足控制实际的要求。在实践中，工程师发现在PID控制中存在一个看不见的严重缺陷，这就是常规积分控制存在跟踪常值扰动效率不高的问题。中国专利申请，公开号为：CN109739092A，公开了一种控制器参数整定方法，该控制器参数整定方法能够实现对控制器参数的快速整定，与现有的试凑法相比，减少了时间和精力的浪费，减少了用户的工作量，提高了工作效率，但是仍存着跟踪常值扰动效率不高的问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中PI控制器存在着跟踪常值扰动效率不高的问题，提供一种三阶控制器的最优参数获取方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三阶控制器的最优参数获取方法，包括以下步骤：

S1：建立黑箱过程Z-N模型的传递函数；

S2：建立三阶控制器的传递函数；

S3：根据黑箱过程Z-N模型的传递函数以及三阶控制器的传递函数，建立三阶控制器与黑箱过程Z-N模型的开环系统频域函数；

S4：设置三阶控制器的传递函数以及开环系统频域函数的预设参数；

S5：对三阶控制器的最优参数进行搜索。

优选地，在所述步骤S1中，所述黑箱过程Z-N模型的传递函数为：

其中，Z-N:M(s)为黑箱过程Z-N模型的传递函数，K_Z-N为所述黑箱Z-N模型的增益，单位无量纲；τ_Z-N为所述黑箱Z-N模型的纯滞后时间常数，单位为秒；

SWF(s)为滑动窗滤波器的传递函数，T_Z-N为所述黑箱Z-N模型的时间常数，单位为秒。

优选地，在步骤S2中，所述三阶控制器的传递函数为：

其中，TOC(s)为三阶控制器的传递函数，T_I为三阶控制器的积分时间常数，单位为s，T_TOIIM为三阶惯性逆模型的时间常数，单位为s，T_TOIF为三阶惯性滤波器的时间常数，单位为秒。

在本技术方案中，T_TOIF＝0.155T_TOIIM，设置T_TOIF＝0.155T_TOIIM的目的是为了保证三阶控制器的噪声功率增益不大于10。噪声功率增益在10以内属于较低的噪声干扰水平，代表了三阶控制器的最优参数具有较好的实际意义。三阶控制器的噪声功率增益表达为：