[发明专利]嵌入式非线性脉冲协同控制器

说明书

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体指一种具有动态过程和稳态过程相对独立调节的嵌入式非线性脉冲协同控制器。

背景技术

随着现代工业社会的发展，在工业控制过程中出现了越来越多的复杂工艺对象，同时对产品质量的要求也越来越高，这导致传统的控制规律难以适应这种控制的需求。为了提高控制效果，从上个世纪70年代开始，人们从工艺操作经验或生物控制规律出发，研究发展出现了专家控制系统、神经网络控制系统和模糊控制系统以及预测控制等智能控制算法。这些控制算法为提高复杂工艺对象的控制效果起了很大作用。但是这些控制算法或规律都比较复杂，实际实现及应用难度较大，影响在实际工程中应用推广。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺失和不足，提供一种嵌入式非线性脉冲协同控制器(简称ENICC)，包括AD转换电路、DA转换电路、中央处理器CPU、程序存储器、数据存储器和外围设备接口电路等。其基于“专家快速调节控制思想”设计，动态过程和稳态过程相对独立调节。其特点是，嵌入式非线性脉冲协同控制器的控制算法模块包括比较环节、辨识控制单元、动态控制单元、稳态控制单元和协同控制单元。其中，比较环节主要起产生控制偏差的作用；辨识控制单元主要通过阶跃响应，辨识被控对象的放大增益、时间常数和纯滞后时间等模型参数；动态控制单元利用快速调节脉冲输出，减少控制系统的上升时间和降低控制系统的超调量，使工艺变量快速接近稳态值，主要起快速消除控制偏差的作用；稳态控制单元依据控制器将来的稳态输出值，结合比例和积分控制作用，快速消除控制偏差，提高控制精度。在协同控制单元的协调下，辨识控制单元、动态控制单元和稳态控制单元协同工作，并能够迅速、稳定地消除控制偏差。

关于本发明基于的“专家快速调节控制思想”概述

在实际工艺操作过程中，对于有经验的操作人员而言，他们总是能够以较快的速度、较小的超调量和较短的调节时间，使控制系统快速达到稳定状态。例如，在调节某容器液位过程中，如果液位低于目标值比较大，操作人员一般首先迅速把进料阀位开到接近最大，待液位快要接近目标值的时候，再迅速减小阀位，从而使工艺变量能够以快速、无超调地达到稳定值。另外，多数优化控制规律具有类似的脉冲输出调节规律。在某种理想状态下，这种调节规律能够使工艺变量以较快的上升时间、无或较小的超调量和较小的调节时间，快速达到稳定状态。

关于本发明基于的“专家快速调节控制思想”的嵌入式非线性脉冲协同控制器的工作原理

本发明的一种嵌入式非线性脉冲协同控制器，基于专家快速调节控制思想设计，包括比较环节、辨识控制单元、动态控制单元、稳态控制单元和协同控制单元，能够迅速、稳定地消除控制偏差。其中，比较环节主要起产生控制偏差的作用；辨识控制单元主要通过阶跃响应，辨识被控对象的放大增益、时间常数和纯滞后时间等模型参数；动态控制单元主要承担动态变化过程的控制调节任务，利用快速调节脉冲输出，减少控制系统的上升时间和降低控制系统的超调量，并使工艺变量快速接近稳态值；稳态控制单元主要承担消除稳态变化过程的控制偏差，依据控制器将来的稳态输出值，结合比例和积分控制作用，快速消除控制偏差，提高控制精度；协同控制单元则是根据控制系统的运行状态，负责协调辨识控制单元、动态控制单元和稳态控制单元的工作状态，形成最终控制输出信号。

构成本发明嵌入式非线性脉冲协同控制器的控制算法模块，包括比较环节、辨识控制单元、动态控制单元、稳态控制单元和协同控制单元等五部分。其中，比较环节主要起产生控制偏差的作用；辨识控制单元辨识被控对象的放大增益、时间常数和纯滞后时间等模型参数；动态控制单元主要承担动态变化过程的控制调节任务，减少控制系统的上升时间和降低控制系统的超调量，并使工艺变量快速接近稳态值；稳态控制单元主要承担消除稳态变化过程的控制偏差，依据控制器将来的稳态输出值，结合比例和积分控制作用，快速消除控制偏差，提高控制精度；协同控制单元则是根据控制系统的运行状态，负责协调辨识控制单元、动态控制单元和稳态控制单元的工作状态，形成最终控制输出信号。

以下就有关“比较环节”、“辨识控制单元”、“动态控制单元”、“稳态控制单元”和“协同控制单元”及其算法作进一步的阐述：

一、比较环节及其算法

比较环节主要完成工艺设定值和反馈信号的比较，起产生控制偏差的作用。令sp(t)表示工艺设定值，b(t)表示反馈信号，e(t)表示控制偏差，则有：

e(t)＝sp(t)-b(t)            (1)

二、辨识控制单元及其算法