[发明专利]一种仿人智能调节器

说明书

本发明涉及自动控制领域，特别涉及PID调节器。

P、I、D调节器是在工业的生产过程中一直广泛应用的一种调节器，特别是在石油加工的生产过程中对生产装置的优化，提高产品收率，降低能耗等，PID调节器还是一直广泛应用的调节器，在生产过程中占据了绝对的地位，也充分显示了PID的优越性，而目前出现的应用各种技术实施的调节器，如自适应自整定调节器、基于神经网络的参数自整定调节器，模糊控制调节器等等也都离不开PID，其结构上只不过是更加使得PID的参数整定更加完善化。一般PID调节器主要有输入电路、给定电路、PI比例积分回路、自动与手动切换电路、输出电路及指示电路等组成。对于较为简单的对象，PID调节器一般是可以取得满意的控制效果，如石油化工中的压力、液面、流量对象，但对于那些具有较严重的非线性，较大的纯滞后等复杂特性的对象，常规PID调节器往往很难获得满意的效果，如温度的控制、在线质量、分析的控制等。

本发明的目的是要提高常规PID调节器的控制品质，使之具备很强的鲁棒性能并适应生产过程中出现的变化。该调节器要有快速的响应性和良好的系统稳定性，在运行过程中随着干扰的出现或者操作不平稳造成的波动，仿人智能调节器随着生产过程的变化而在线改变P、I值，使P、I值按人的经验不断变化，动态调节的效果好；具有在线辨识的功能，只要在区间确定好后，就可以很好的辨识控制；具有良好的动态辨识功能。适用于生产过程的各种对象与场合，对于具有较严重的非线性，较大的纯滞后等复杂特性的对象控制效果比常规P、I、D调节器更胜一筹。

本发明的技术方案是在PID运算回路中，建立仿人智能的比例、积分数学模型，在线动态辨识的数学模型和提高仿人智能调节器的智商程序。

上述的在线动态数学模型，选取参数e_n、e_n-1、e_n-2，通过不同的组合，即可在线识别出控制曲线在各点的运动方向及运动的速度及趋势。上述的参数变量是：

1)e_n判断偏差的大小，并以此作为判定区间的依据；

2)e_n*Δe_n判断曲线在一个周期内的正负上升段和下降段；

3)Δe_n*Δe_n-1判断曲线是否出现极值，这个极值是远离给定值还是接近给定值；

4)｜Δe_n/Δe_n-1｜判断控制效果；

5)｜Δe_n/e_n｜判断调节速率过快是否造成超调。仿人智能调节器在线识别被检测系统动态过程是仿人智能比例控制加上仿人智能积分控制。

在生产过程中由于识别了测量值当前的动态过程，因而，根据经验比例带的大小就跟着发生变化，以适应动态过程的变化。同样仿人智能积分也是一样。根据积分的特点是“百害一益”最终消除余差，同时会导致系统快速性下降，并且在大的波动易使系统发生振荡或过渡过程过长，如图1(1)、图1(2)所示：

造成上述积分作用不佳的原因在于：这种积分控制作用没有很好地体现出有经验的操作人员的控制决策思想。在图1(3)的积分曲线区间(a,b)和(b,c)中，积分作用和有经验的操作人员的控制作用相反。此时系统出现了超调，正确的控制策略应该是使控制量在常值上加一个负量控制，以压低超调，尽快降低误差。但在此区间的积分控制作用却增加了一个正量控制，这是由于在(0,a)区间的积分结果很难被抵消而改变符号，故积分控制量仍保持为正。这样的结果导致系统超调不能迅速降低，从而延长了系统的过渡过程时间。

在上述积分曲线的(c,d)段，积分作用增加一个正量的控制有利减小回调。但在(d,e)区间积分作用继续增强，其结果势必造成系统再次出现超调，这时的积分作用对系统的有效控制帮了倒忙。

为了克服上述积分控制作用的缺点，采用如图1(4)中的积分曲线，即在(a,b)、(c,d)及(e,f)等区间上进行积分，这种积分能够为积分控制作用及时地提出正确的附加控制量，能有效地抑制系统误差的增加；而在(0,a)、(b,c)及(d,e)等区间上，停止积分作用，以利于系统借助于惯性向稳态过渡。此时系统并不处于失控状态，它还受到比例等控制作用的制约。

这种积分作用较好地模拟了人的记忆特性及仿人智能控制的策略，它有选择地“记忆”有用信息，而“遗忘”无用信息，所以可以很好地克服一般积分控制的缺点，它具有仿人智能的非线性积分特性。