[发明专利]一种智能模型集PID控制器设计方法

权利要求书

1.一种智能模型集PID控制器设计方法，在石油化工实际生产过程中，当被控变量目标值改变时，往往要求平缓地过渡到新的目标值，而不需要理想的快速阶跃式跳变过渡，快速过渡容易给生产过程造成大幅度波动，且影响装置设备使用寿命；控制器设计目标为使得控制回路前向通道等价于积分环节也就相当于闭环控制回路等价于一阶惯性环节如此避免设定值变化造成的输出参数大幅波动，达到更有利于生产装置整体平稳运行的目的；其特征在于：

R(s)为回路设定值；Y(s)为被控变量输出值；为PID控制器模型传递函数，K为比例参数，T_I为积分参数；T_D为微分参数，α为微分放大系数，取值为0.05～0.1；G_P(s)为过程对象传递函数；s为拉普拉斯算子；

为了使本方法所设计控制器具有较强的鲁棒性，在控制回路中加入鲁棒提升环节

λ为鲁棒提升系数，鲁棒提升系数的具体值在控制器参数设计阶段计算求得，鲁棒提升系数的取值有利于提升回路的鲁棒性能和平稳过渡动态性能；做等价变换得另一种结构形式；

G_C(s)为最终控制器，其传递函数为：

控制器设计目标为确定控制器参数K、T_I、T_D，使得控制回路前向通道G_C(s)和G_P(s)的输入输出响应等价于一阶惯性环节在设定值R(s)改变后，被控变量实现平稳过度过程；控制器参数及鲁棒提升系数设计采用随机搜索优化方法。

2.根据权利要求1所述的一种智能模型集PID控制器设计方法，其特征在于：

在控制器设计方法的基础上，综合生产控制回路过程对象多时段、多工况的有效模型集，智能选取出适应多种工况的全局优化控制器，解决常规控制器设计方法难以适应工况变化的缺陷，使得控制回路能够长期稳定运行，采用该方法设计全局优化控制器回路结构；

(G_P1(s)，G_P2(s)，…，G_Pm(s))为当前控制回路过程的对象模型集；m为对象模型集中包含模型的数量；

在基于模型集的全局优化智能控制器参数的设计中，采用ITAE即时间乘误差绝对值积分作为最终参数确定指标，该指标计算公式如下：

其中，η_ITAE为全局优化控制器参数性能指标；m为当前回路对象模型集包含模型数量；n为计算对象模型集中各模型动态响应性能选取时间段包含的数据点数；y_i(t_j)为对象模型集中第i个模型在t_j时刻输出动态响应值；r_i为第i个模型输入给定值，i表示模型序号；t_j为第j个采样数据值的时间，j表示采样数据值序号。

3.根据权利要求1所述的一种智能模型集PID控制器设计方法，其特征在于：

所设计的全局优化智能控制器即采用随机搜索优化算法，快速选取出一组智能控制器参数，直接在PID控制器实施，使得在该组智能控制器参数控制下，被控过程对象的输出动态响应在上述性能指标η_ITAE的约束下，使得该指标取值最小，实现适应多工况的全局优化智能控制器设计目标；设计方法步骤如下：

S1、根据采集到的现场生产过程对象多时段、多工况的有效数据，并采用混合Box-Jenkins模型闭环辨识方法建立过程对象多工况精准模型，形成对象模型集；

S2、对对象模型集中各精准模型，采用控制器设计方法，分别采用随机搜索优化方法对各工况模型设计出相应的控制器K、T_I、T_D参数组；

S3、根据S2得到的控制器K、T_I、T_D参数组，计算出各组控制器K、T_I、T_D参数的平均值，作为采用随机搜索优化算法求取全局优化控制器参数的初值；

S4、采用随机搜索优化算法，以S3计算出参数的平均值作为初值，智能搜索出一组控制器参数，使得对象模型集中各工况模型在该组控制器参数控制下，性能指标η_ITAE取值最小，即达到全局优化智能控制器的设计目标。