[发明专利]一种五元鲁棒控制系统及其控制方法

说明书

一、技术领域

一种五元鲁棒控制系统及其控制方法是以一般工业过程为被控制对象，属控制科学与工程领域。

二、背景技术

作为被控制对象，工业过程的结构、参数和环境都具有很多的不确定性。这些不确定性的存在，对控制器的鲁棒性提出了较高要求。目前，在工业生产过程中，控制装置仍然以PID控制器为主。PID控制器广泛应用于工业生产过程的原因在于，PID控制器简单，可靠，易于实现，并且具有较强的鲁棒性，无需被控制对象精确的数学模型。然而，对于多样性的工业过程，PID控制器的控制性能，包括其鲁棒性，仍然有很多局限性。目前应用于一般工业过程的控制器，包括PID控制器，还存在以下主要的缺陷：

(1)参数设定问题：面对多样性、复杂性和不确定性的工业过程，需要对控制器参数进行精细的设定，其安装和调试较为困难。

(2)鲁棒性问题：当被控制对象或环境发生变化，或控制器参数设定不准确时，控制系统的性能显著降低。

(3)运动轨迹问题：被控制量跟踪期望轨迹的能力较弱，过渡过程一般存在较大超调量；控制量和被控制量的运动轨迹欠平滑，不利于系统的节能和安全运行。

三、发明内容

本发明意在以一般工业过程为被控制对象研究一种五元鲁棒控制系统及其控制方法，使其无需依赖于被控制对象的数学模型，无需对其参数进行精细的整定，即能适用于一般的工业过程。

本发明的五元鲁棒控制系统结构及其五元鲁棒控制器结构，见图2和图1。五元鲁棒系统包含有三个基本模块：五元鲁棒控制器7，检测装置8及被控制对象9，其中五元鲁棒器7包括有A/D模数转换单元1、D/A数模转换单元2、光电隔离单元3、初始化单元4和记忆单元5，本发明的特征是该五元鲁棒控制器7还包括按通常技术设置的控制增量计算单元，但该单元中嵌入了一个五元控制计算模型6，控制增量计算单元中的五元控制计算模型6的输入信号取之记忆单元5，控制增量计算单元中的五元控制计算模型6的输出信号与记忆单元5中存储的控制信号共同作用于被控制对象9。

本发明的五元鲁棒系统的控制方法，主要包括对组成五元鲁棒控制器的各单元模块进行控制，包括有：

1)A/D模数转换单元1，在每一个采样时刻t，将被控制系统t时刻输出的模拟信号y(t)及其期望值r(t)输入五元鲁棒控制器，并将它们转换为数字信号；

2)D/A数模转换单元2，在每一个采样时刻t，将五元鲁棒控制器计算结果u(t)，即控制系统t时刻的控制量u(t)转换为模拟信号，并予以输出；

3)光电隔离单元3；

4)初始化单元4，在系统起始状态，即t＝0时刻，设定五元误差值：

e(-4T₀)＝e(-3T₀)＝e(-2T₀)＝e(-T₀)＝e(0)＝r(0)-y(0)其中，T₀是控制系统的采样时间间隔；

5)记忆单元5，在每一个采样时刻t，系统误差值e(t)＝r(t)-y(t)；对于当前时刻t，记忆单元计算并存储{t-4T₀，t-3T₀，t-2T₀，t-4T₀，t}五个时刻的五元误差值，即：{e(t)，e(t-T₀)，e(t-2T₀)，e(t-3T₀)，e(t-4T₀)}；同时，记忆上一时刻，即t-T₀时刻五元鲁棒控制器输出的控制量u(t-T₀)；