[发明专利]一种工业不稳定时滞过程二自由度控制器

说明书

本发明涉及一种工业不稳定时滞过程二自由度控制器，二自由度控制器包括用于镇定不稳定过程和抑制扰动的镇定控制器G_d，以及用于控制输入响应性能的性能控制器G_c和滤波器F。与现有技术相比，本发明可用于滞后时间常数与不稳定时间常数的比小于2的不稳定对象的控制，具有结构简单，应用范围广，使用简单的优点。

技术领域

本发明涉及一种工业不稳定时滞过程控制器，尤其是涉及一种工业不稳定时滞过程二自由度控制器。

背景技术

许多工业生产过程的动态特性呈现出不稳定或临界不稳定的特征，譬如造纸生产过程的加压流浆箱的液位，或者火力发电机组的锅炉液位，这类对象很不容易控制。以前针对自衡对象所发展起来的控制器大都不能用于不稳定对象的控制，困难主要来自两个方面：一方面，右半平面极点的存在使得控制系统的镇定非常困难；另一方面，纯滞后和右半平面零点的同时存在极大地约束了可以达到的系统性能。

过去几十年发展了几类基于PID的控制器来控制一阶加时滞不稳定对象，主要的方法有两类。一类方法是从相位裕度条件出发设计控制器，这类方法的局限是滞后时间常数与不稳定时间常数的比小于1，故不能应用到滞后时间常数与不稳定时间常数的比大于1的对象上。另一类方法是定义最优性能指标，然后通过求解获得控制器。这类方法可以用于控制滞后时间常数与不稳定时间常数的比小于2的对象，但是设计过程和结果都较为复杂，很难在实际中应用。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工业不稳定时滞过程二自由度控制器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种工业不稳定时滞过程二自由度控制器，二自由度控制器包括用于镇定不稳定过程和抑制扰动的镇定控制器G_d，以及用于控制输入响应性能的性能控制器G_c和滤波器F，所述的二自由度控制器的传递函数为：

Y(s)＝Y_r(s)R(s)+Y_d(s)D(s)，

其中，Y(s)为二自由度控制器输出，R(s)为二自由度控制器输入，D(s)为扰动，为对象模型的传递函数，Ge^-Ls为实际对象的传递函数,G_m为对象模型的传递函数中除延时部分以外的传递函数，G为实际对象的传递函数中除延时部分以外的传递函数，L_m、L为延时时间，s为拉普拉斯变换中的复变量。

所述的镇定控制器G_d为PID控制器：

k_p为镇定控制器比例参数，k_i为镇定控制器积分参数，k_d为镇定控制器微分参数，s为复变量。

镇定控制器k_p、k_i和k_d通过如下方式获取：

(11)将实际对象转化为一阶不稳定时滞对象，即：

则镇定控制器k_p取值为：

其中α₁是以下方程在(0,π)区间内的解：

k和T为一阶不稳定时滞对象的参数；

(12)满足k_p取值范围条件下选取使得二自由度控制器的扰动输出响应的极点位于坐标轴左平面内的k_i和k_d。