[发明专利]一种非自衡对象的动态矩阵控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种非自衡对象的动态矩阵控制方法。

背景技术

在实际工业生产中存在许多非自衡对象，如一部分储罐、锅炉汽包水位、精馏塔液位等等。工业过程控制中，由于非自衡对象的传递函数中含有典型的积分环节，导致被控对象在定值阶跃下的响应趋于无穷，这就使得传统的动态矩阵控制算法无法在非自衡对象上直接使用。在现有控制方法中，一方面很多算法不能让被控对象抵抗持续的干扰；另一方面一部分算法建模过程太过复杂，这些都使得非自衡对象的控制存在一定的困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有的部分算法的不足之处，提供一种非自衡对象的动态矩阵控制方法，该方法在传统动态矩阵控制算法的基础上，结合了一种针对于非自衡对象的改变转移矩阵的方法和一种新的误差校正方法，在保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证形式简单并满足实际工业过程的需要。

本发明方法首先基于对象的阶跃响应数据建立一种针对于非自衡对象的矩阵模型，挖掘出基本的对象特性；然后结合一种新的转移矩阵方法与误差补偿办法去计算动态矩阵控制器的参数；最后对非自衡对象实施动态矩阵控制。

本发明的技术方案是通过数据采集、模型建立、预测机理、优化等手段，确立了一种非自衡对象的动态矩阵控制方法，利用该方法可有效提高控制的精度与稳定性。

本发明方法的步骤包括：

步骤(1).通过非自衡对象的实时阶跃响应数据建立对应的动态矩阵模型向量，具体方法是：

 Ⅰ.给被控对象一个阶跃输入信号，记录被控对象的阶跃响应曲线。

Ⅱ.将对应的阶跃响应曲线进行滤波处理，然后拟合成一条光滑曲线，记录光滑曲线上每个采样时刻对应的阶跃响应数据，第一个采样时刻为                                               ，相邻两个采样时刻间隔的时间为，采样时刻顺序为、2、3……；在记录的阶跃响应数据中找出数据开始呈恒定斜率上升的起始点，之前的数据分别记做，建立对象的模型向量：

                 

 其中为矩阵的转置符号；为阶跃响应数据呈恒定的斜率上升以后相邻的两个数据之间恒定的差值；为设定的模型长度，。

步骤(2).设计非自衡对象的动态矩阵控制器，具体方法是：

 a.利用上面获得的模型向量建立被控对象的动态矩阵，形式如下：

 

其中，是由被控对象的阶跃响应数据组成的动态矩阵；是动态矩阵控制算法的优化时域，是动态矩阵控制算法的控制时域，。

  b.建立被控对象当前时刻的模型预测自由响应值。

                   

其中，

                

为时刻对时刻的模型预测自由响应值，为时刻的输入控制增量值，为时刻检测到的被控对象的实际输出值，为时刻被控对象的模型预测误差值，为误差校正系数， ；为阶跃响应数据建立的矩阵，为常数矩阵，和均为误差补偿的权矩阵；为的新的转移矩阵；

为时刻加入控制增量后的模型预测值，也是时刻的初始模型预测值；其中分别表示在时刻对时刻的初始模型预测值；

为时刻经过误差校正之后的最优模型预测值；其中分别表示在时刻对时刻的最优模型预测值，即经过误差校正之后的模型预测值；

为时刻对时刻的模型预测自由响应值；其中分别表示在时刻对时刻的模型预测自由响应值。                 

    c.依据步骤a建立的动态矩阵计算被控对象在个连续的控制增量下的预测输出，具体方法是：

                                       

其中，是的前项，

         

为时刻对时刻的模型预测输出值。

d.建立非自衡对象动态矩阵控制器的参考轨迹和目标函数。

    其中，为各个时刻的输出参考轨迹；是分别是误差和控制增量的权矩阵，以及分别为对应权矩阵里面的系数。

e.依据步骤d的目标函数得到当前的控制增量值。

f.将中的第一项构成实际控制量作用于对象。

其中，和分别为时刻和时刻作用于被控对象的实际控制量。

g.到下一时刻，依照b到f的步骤继续求解，依次循环。