[发明专利]快速无超调智能控制器参数设计方法

说明书

本发明公开了快速无超调智能控制器PID参数设计方法，属于控制理论控制器设计领域。本发明首先将对象估计模型G_m分解；设计对象估计模型G_m的H₂最优控制器按H_∞最优控制设计滤波器f，得到内模控制器G_IMC；将内模控制器转化为选定的PID控制器；整定滤波器常数λ，得到PID控制器参数。通过混合精英圈养优化算法确定滤波器常数及PID控制器参数。鲁棒IMC‑PID控制器只需要调节一个参数，即滤波器常数，使得IMC‑PID控制器的在线设计变得简便易行。设计的控制器直接在DCS上实施，能实现快速平稳控制，结构简单，免维护。

技术领域

本发明涉及一种控制器设计方法，尤其涉及快速无超调智能控制器参数设计方法，属于控制理论控制器设计领域。

背景技术

控制器的设计和整定一直是进行过程控制所面临的主要问题，过去由于受硬件的限制，PID控制器是当然的选择。但是近年来随着计算机的发展，控制系统已经能够实施各种复杂的控制策略。尽管如此，大多数工业控制回路仍依赖于不同形式的PID控制器。由于常规的PID控制器需要整定比例度\积分常数\微分常数三个控制器参数，在应用过程中很难找到一种有效的优化方法，只能凭人工经验的方法，所以控制器的性能很难得到保证。因此找到一种简单的设计方法使得 PID控制器能达到最佳的控制效果就具有相当重要的意义。

PID控制器的整定即调整三个控制器参数Kc、Ti和Td。传统的控制器参数整定为4:1衰减比法，衰减过程慢，具有较强振荡，对现在的大生产强度大，耦合严重，控制回路多，相互影响强烈，致使控制回路很难快速平稳，对生产过程具有一定的干扰。

内模控制技术可解决控制器参数整定的问题，同时还能兼顾控制精度和鲁棒性能。但在实际工业现场，将内模控制应用于实际，就必须改造现有控制系统结构，需要在原有的控制系统中要加入过程对象模型模块，这给内模控制的应用带来了一定难度。而鲁棒IMC-PID控制器可以在DCS上进行适当组态就能顺利地解决这一难题。

发明内容

本发明在内模控制的基础上结合混合精英圈养优化算法提出了快速无超调智能控制器参数设计方法。

本发明采用的技术方案为快速无超调智能控制器参数设计方法，该方法的实现步骤如下：

首先，在内模控制的基础上进行鲁棒IMC-PID控制器的设计。

内模控制的结构框图见1所示。图中G_p为对象模型，G_m为对象估计模型，

G_IMC为内模控制器。

第一步：首先将对象估计模型G_m分解

G_m＝G_m+G_m- (1)

其中G_m+包含所有的时延和右半平面(RHP)上的零点，而G_m-是模型的最小相位系统部分，是稳定的并且不包含任何预估。

第二步：设计对象估计模型G_m的H₂最优控制器

第三步：按H_∞最优控制设计滤波器f，得到内模控制器G_IMC：

选择滤波器，调整参数使得滤波器f满足H_∞最优控制的鲁棒性能要求：

式中：指数n为正整数，选择指数n使G_IMC为正则的，s为拉普拉斯算子。