[发明专利]一种时滞过程的ADRC-PD补偿控制系统及方法

说明书

一种针对时滞过程的ADRC(Active disturbance rejection controller)‑PD补偿控制系统，包括与时滞过程连接的现场过程仪表、现场分析仪表、集散控制系统（DCS）及时滞补偿控制服务器。所述的时滞补偿控制服务器包括：OPC客户端及数据接口模块、ADRC时滞补偿模块、PD（Proportional‑Derivative）控制模块以及ADRC时滞补偿模块和PD控制模块参数优化设计的方法。本发明提供了一种针对时滞工业过程的ADRC‑PD补偿控制系统及方法。

技术领域

本发明涉及工业过程控制领域，是一种针对控制器输出存在滞后的实时控制系统，控制器采用ADRC-PD的补偿控制方法。

背景技术

工业过程控制中，由于物料或能量的传输延迟或者控制器输出存在滞后，使得被控对象具有纯滞后的性质。当控制纯滞后时间τ与时间常数T之比的大滞后对象时，采用常规的PID控制器会使控制过程严重超调，稳定性变差。对大滞后对象，为了克服滞后，通常在PID控制器中加入较强的微分作用，但是微分对干扰有放大作用，容易导致系统不稳定。对于滞后系统的控制，SMITH预估器是经典解决方法之一(LeeTH,WangQG,TanKK.RobustSmith-predictorcontrollerforuncertaindelaysystemsAIChEJournal,1996,42(4):1033-1040)。但SMITH预估器对估计模型的精度要求高(YamanakaK,ShimemuraE.EffectsofmismatchedSmithcontrolleronstabilityinsystemswithtime-delay[J].Automatica,1987,23(6):787-791)，在估计模型失配的情况下其对滞后的补偿作用不好。韩京清教授基于PID控制思想，结合现代控制理论，于1998年提出了自抗扰控制器(Activedisturbancerejectioncontrol，ADRC，自抗扰控制技术[J].前沿科学,2007,01:24-31.)。在传统ADRC的基础上，相继学者提出了针对滞后系统的控制方法，其中包括ADRC无视时滞法，ADRC阶次提高法，ADRC输出预估法(ZHENGQL,GAOZQ.Predictiveactivedisturbancerejectioncontrolforprocesseswithdelay[C]//Proceedingsofthe32ndChineseControlConference.Piscataway,NJ:IEEE,2013:4108–4113，ZhaoS,GaoZ.Modifiedactivedisturbancerejectioncontrolfortime-delaysystems[J].ISAtransactions,2014,53(4):882-888.)，这些改进方法在传统ADRC结构上要么通过调整参数改善控制性能，要么通过在适当位置加入超前或者滞后模块抵消滞后作用。如果已知对象的辨识模型，则可以在ADRC输入时滞法的基础上，将扩张状态观测器对系统的补偿作用简化到一个传递函数补偿模块，并在简化结构中求出控制器和补偿模块参数，实现对滞后对象的ADRC-PD补偿控制。

发明内容

针对滞后系统控制难度大及先进控制器结构复杂的问题，本发明提供了一种时滞过程的ADRC-PD补偿控制系统及方法，其关键点在于：采用辨识模型及自抗扰控制器的扩张状态观测器对时滞系统中的干扰和非线性部分(包括时滞部分)设计ADRC补偿控制模块和PD控制模块，并根据闭环混合灵敏度H∞范数最小为指标，优化设计出ADRC补偿控制模块和PD控制模块的参数。

本发明所采用的技术方案是：

一种时滞对象的ADRC-PD补偿控制系统及方法，包括与滞后对象生产过程连接的现场仪表、集散控制系统DCS、以及时滞补偿控制服务器，所述的滞后对象的工业生产过程指工业中控制器输出存在滞后的过程；所述的DCS控制系统由数据接口、操作员站、工程师站、显示画面、数据库及OPC服务器构成；现场仪表、DCS系统、时滞补偿控制服务器依次相连，其特征在于：所述的时滞补偿控制服务器包括：