[发明专利]一种基于改进型延时观测器的热压炉温度复合控制方法

说明书

本发明涉及热压炉温度控制领域，特别涉及一种基于改进型延时观测器的热压炉温度复合控制方法，本发明采用基于指数趋近律的滑模控制方法，快速准确的使热压炉系统达到所需的温度，通过延时观测器的设计，有效的解决了时间延时带来的不利影响，并利用扰动观测器完成对外部扰动的补偿，相比于常规的通过PI反馈作用，扰动观测器可以提前预估扰动，并主动进行扰动补偿，具有超前性，有效地提升了系统的抗扰动性能。

技术领域

本发明涉及热压炉温度控制领域，特别是通过建立延时观测器和扰动观测器，并利用两者结合的方法，使系统扰动得到补偿，有效抑制时间延时对系统带来的不利影响，从而提高系统在扰动下的稳定性(抗扰动能力)，满足热压炉对温度控制的性能要求。

背景技术

温度控制系统作为智能化设备的重要组成部分，广泛应用在工业领域。随着工业和智能制造技术的发展，对温度控制系统的精度要求也进一步提高，热压炉设备能否稳定准确的维持在所需的温度始终是热压炉温度控制领域研究的一个重要方面。无论是环境工况变化引起的扰动，还是系统大滞后、大惯性的不确定性，都会影响热压炉温度控制的精确性和稳定性。因此，提高系统的响应速度和抗干扰能力是十分必要的。

在温度控制策略中目前较为常见的是按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制系统。常规PID结构简单实用，但现场PID参数整定麻烦，易受外界干扰，对于滞后大的过程，调节时间过长。而精确的温度是影响设备工作过程的重要因素，很多时候需要设备温度能够快速而准确的达到设定值。因此，国内外学者在此基础上不断地进行改进与完善，如利用基于神经网络的PID控制策略，对系统温度控制进行优化，但此种方法易造成控制参数整定错误。为了提高热压炉温度控制系统的稳定性和抗干扰能力，本专利选用了滑模控制器，滑模观测器调节的参数少，响应速度快，且对扰动不灵敏，抗干扰的能力强。

但控制系统依旧存在延时问题。时滞系统是指时间传递有信号延迟的系统，滞后会使被控对象的变化落后于扰动，易造成系统的不稳定。为解决热压炉温控系统的时滞问题，在系统中设计了延时观测器(Delay Observer)。通过延时观测器观测出延迟时间τ秒之前的输出再反馈到输入，从而解决系统时滞问题。

综上所述，本专利提出一种基于改进型延时观测器的热压炉温度复合控制方法，即通过滑模控制快速准确的达到所需温度要求，并利用延时观测器观测出秒之前的输出，解决控制系统时延的问题，同时结合扰动观测器使系统所受到的外部干扰得到补偿，有效提高系统的抗扰动能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用延时观测器与扰动观测器结合并设计滑模控制器的方法，来提高热压炉温度控制系统精确性与稳定性，既能使温控系统有良好的抗扰动能力，又能有效的解决时间延时带来的不利影响，更好的实现热压炉对温度控制的性能要求。

本发明解决其技术问题的具体方案是：采用基于指数趋近律的滑模控制方法，快速准确的使热压炉系统达到所需的温度，通过延时观测器的设计，有效的解决了时间延时带来的不利影响，并利用扰动观测器完成对外部扰动的补偿。具体是：

一种基于改进型延时观测器的热压炉温度复合控制方法，其特征在于，定义控制对象传递函数为其中为滞后环节，为滞后参数，a，b，k均为系统参数，将传递函数转化为时域表达式为其中y(t)为系统温度输出，u(t)为控制输入，包括：

选用扰动观测器预估系统受到的外部扰动，并将扰动估计值前馈补偿至控制器之后的前向通道，通过延时观测器估计出系统秒之前的输出和状态并反馈到滑模控制器输入端，滑模控制器接收和状态并按照设定的滑模面及控制率，通过滑模控制器使系统按照设定的状态轨迹运动。

在上述的一种基于改进型延时观测器的热压炉温度复合控制方法，所述扰动观测器基于以下定义：

其中Q(s)为二阶低通滤波器，Y(s)为系统输出，U(s)为控制输入，为系统传递函数最小相位部分的逆，当时