[发明专利]基于模型预测转矩控制的电动执行机构控制系统构建方法

说明书

本发明公开了一种基于模型预测转矩控制的电动执行机构控制系统构建方法，该方法为：将模型预测转矩控制作为控制系统的最内环，速度环、位置环依次作为控制系统的次外环和最外环；该控制结构可以发挥MPTC策略易于建模、便于处理约束、善于处理多变量非线性系统等方面的优势；速度环、位置环均采用PI控制策略，最内环通过MPTC控制器确定逆变器的最优开关电压矢量，无需额外的电流内环及参数整定工作，控制思想简单直接。本发明简化了智能阀门电动执行机构的控制结构，提高了智能阀门电动执行机构的定位精度、响应速度及稳定性。

技术领域

本发明涉及阀门控制技术领域，特别是一种基于模型预测转矩控制的电动执行机构控制系统构建方法。

背景技术

在庞大繁杂的管道和官网系统中，阀门能够对流体介质进行有效地控制，其所承担的功能对管道和官网系统的稳定运行具有重要作用。执行机构是阀门的推动装置，它按照所给的信号指令产生相应的推力，从而推动阀门产生相应的位移。执行机构的控制精度和响应速度将直接影响阀门的性能，当前各控制领域对电动执行机构控制系统在响应速度、控制精度以及抗干扰性能等方面的要求也越来越高，因此研究并优化电动执行机构控制系统，对提高系统控制精度和稳定性具有重要的理论意义和实用价值。

传统的电动执行机构控制系统采用的是位置单环控制，在传统的单环控制方式下驱动电机的速度不能灵活调节并且控制系统的动态稳定性较差。不能对速度进行任意调节会造成位置控制在小范围内振荡的问题，影响执行机构位置控制精度，严重时会引起阀门卡堵现象，同时也会大大缩短机械部件的寿命。在一些对控制系统性能要求较高的应用场合，如高压力、大流量的工作环境以及要求控制系统响应速度快、控制精度高的系统，普通的执行机构由于其控制性能的不足已难以胜任。

PID控制是最早发展起来并现今仍运用最广泛的控制策略之一，它具有结构简单、易于实现方便、鲁棒性强、适用性广等特点，其性能主要取决于比例、积分和微分这三个参数的整定和优化。基于PID控制器的串级系统是串级控制器的常见形式。由于包含嵌套在一起、相互影响的两个控制回路，串级控制器的参数更难以整定。传统的整定方法是先整定内环控制器参数，然后将整定后的内环嵌入整个串级控制系统，再整定外环控制器参数。但这种方法十分繁琐，往往需要反复进行多次的内外环控制器整定。

随着工业过程控制复杂程度的不断提高，特别是在非线性、时变、时滞的系统中，有些参数未知或变化迟缓，有些存在干扰或滞后，有些无法建立完备的数学模型或模型过于简略，导致作为线性控制的PID控制在面对非线性和时变系统时系统的控制性能将会受到不利影响甚至无法满足控制要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于模型预测转矩控制的电动执行机构控制系统构建方法，从而提高智能阀门电动执行机构控制精度、稳定性以及抗干扰性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：第一方面，本发明提供一种基于模型预测转矩控制的电动执行机构控制系统构建方法，包括以下步骤：

步骤1、建立基于预测内环、速度环、位置环的三环控制系统；

步骤2、采用MPTC策略，利用MPTC控制器替代PID矢量控制的电流内环环节，同时将定子磁链和电磁转矩作为控制目标。

第二方面，本发明提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面所述的方法的步骤。