[发明专利]一种单步乘数型预测函数控制设计方法

说明书

本发明公开了一种单步乘数型预测函数控制设计方法。大型火电机组汽温、主汽压等对象具有大迟延、大惯性和时变性，目前广泛采用串级PID、导前微分控制等，难以取得满意的控制效果。本发明的设计方法包括如下步骤：工业过程控制系统中的一阶惯性环节加纯迟延对象作为预测被控模型，当采用一个阶跃函数时，得出最优控制律，令预测步长为1得到一种单步最优控制律；根据被控对象迟延为0和不为0两种情况设计相应的乘数系数，得到具体的最优控制律；对最优控制律进行仿真验证。本发明保证了预测控制系统具有较强的鲁棒性；提高了大滞后系统的控制品质；便于工程应用，同时参数整定简单，控制性能优良。

技术领域

本发明涉及预测函数控制设计，具体地说是一种单步乘数型预测函数控制设计方法。

背景技术

在火电机组汽温、汽压等控制系统中，控制对象的数学模型具有大迟延大惯性特性，为提高系统的控制品质，保证机组的安全、高效运行，需要设计出有效的预测函数控制。

大型火电机组汽温、主汽压等对象具有大迟延、大惯性和时变性，目前广泛采用串级PID、导前微分控制等，难以取得满意的控制效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种单步乘数型预测函数控制设计方法，以保证预测函数控制具有较强的鲁棒性，提高大滞后系统的控制品质。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种单步乘数型预测函数控制设计方法，其包括如下步骤：

1)工业过程控制系统中的一阶惯性环节加纯迟延对象作为预测被控模型，当采用一个阶跃函数时，得出最优控制律，令预测步长为1得到一种单步最优控制律；

2)根据被控对象迟延为0和不为0两种情况设计相应的乘数系数，得到具体的最优控制律；

3)对最优控制律进行仿真验证。

作为上述技术方案的补充，步骤1)中，所述的预测被控模型为：

式中，K_m为对象增益，T_m为对象惯性时间，T_d为对象延迟时间；

当采用阶跃函数时有：

u(k+i)＝u(k),i＝1,2...H-1，

式中，u(k+i)为第k+i时刻被控对象的控制量，u(k)为第k时刻被控对象的控制量，H为预测时域；

当T_d＝0时，通过将对象离散化，并对性能指标求偏导获得最优控制律为：

式中，c(k+H)为第k+H时刻被控对象的设定值，c(k)为第k时刻被控对象的设定值，y(k)为第k时刻被控对象的输出，y_m(k)为第k时刻预测被控模型的输出，T_R表示设定值滤波时间常数，T_s表示采样周期；

令H＝1，则上式得：

由于是阶跃信号，c(k+1)＝c(k)，因此上式得：

式中，e(k)＝c(k)-y(k)，令为调整系数。

作为上述技术方案的补充，

步骤2)中，当对象T_d＝0时，调整系数为当对象有纯迟延T_d≠0时，设置调整系数为其中0λ1为权重系数，

将上述调整系数带入步骤1)的第五式中并展开得出下式：