[发明专利]基于预测PI与串级控制相结合的双容系统控制方法

说明书

本发明涉及一种基于预测PI与串级控制相结合的双容系统控制方法，包括主控制对象和副控制对象，其中主控制对象由主控制器控制，副控制对象由副控制器控制，所述主控制器和副控制器均采用预测PI控制器，所述主控制器是基于副回路的闭环传递函数和主控制对象的传递函数的乘积来设计的；所述副回路的闭环传递函数为一阶加纯滞后的模型，与主控制对象串级成二阶加纯滞后模型。本发明能够提升系统抗干扰性和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及流程工业控制技术领域，特别是涉及一种基于预测PI与串级控制相结合的双容系统控制方法。

背景技术

多容系统广泛存在化工、石化、污水处理等流程工业中，在实际工业控制中，多数仍使用传统的PID控制器进行控制。由于多容系统往往有大惯性、非线性、滞后性且伴随着大量的扰动影响等特点，应用传统控制方案虽然能满足基本的工业需求，但不可避免存在控制品质较差、鲁棒性较差等缺点。随着现代工业生产对产品质量、加工精度及能源消耗控制等因素的要求越来越严格，简单的单回路控制系统以及基于传统PID控制器的控制算法已经开始变得难以适应不断发展的工业需求，因此研究多容系统的新型控制方案具有重要的实际意义。

同时，在流程工业技术领域，对于具有大惯性、大时滞以及强非线性的对象，使用传统PID控制器存在响应时间长，超调量大，稳态误差较大等不足，且当有外界干扰作用于控制系统或对象的模型参数发生变化时，鲁棒性能不佳，导致输出无法满足控制要求甚至发散。近年来，国内外的一些学者提出了一系列较为复杂的先进控制理论，其中预测PI算法是一种非线性的控制算法，具有预测功能，对具有非线性特性、大时滞的对象有较好的控制效果，且控制器结构简单、参数易于整定。

在烟草、钢铁、化工等工业过程中，一些改进后的控制算法如Smith预估控制算法、内模控制算法等已经部分应用于对大惯性、大滞后、非线性对象的控制。另外，国内外学者提出了一系列智能控制包括神经网络控制、模糊控制、遗传算法控制等，主要用来解决非线性、复杂系统的控制问题，但其控制性能仍有不足、适用范围较小、算法复杂程度高。因此，对此类控制对象的控制问题仍是流程工业控制环节的难点问题。

双容水箱系统是一种典型非线性、滞后系统，由于实际工业生产中许多对象都可用双容水箱系统近似描述，因此对双容水箱的系统的研究可以推广到实际工业的应用。对于双容系统，采用单回路控制难以满足控制性能要求，复杂控制在工业中逐渐得到应用，串级控制便是其中重要的一种。串级控制系统在单回路的基础上增加一条副控制回路，该系统采用两个或者两个以上控制器，且控制器之间相互串接，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值，其中主控制回路可看作一个定值控制系统，副控制回路可看作一个随动控制系统。相对于单回路控制，串级控制提高了系统的工作频率，提升了系统的动态性能，同时对干扰有更好的抑制作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于预测PI与串级控制相结合的双容系统控制方法，能够提高系统的抗干扰性和鲁棒性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于预测PI与串级控制相结合的双容系统控制方法，其中，串级控制系统包括主控制对象和副控制对象，其中主控制对象由主控制器控制，副控制对象由副控制器控制，所述主控制器和副控制器均采用预测PI控制器，所述主控制器是基于副回路的闭环传递函数和主控制对象的传递函数的乘积来设计的；所述副回路的闭环传递函数为一阶加纯滞后的模型，与主控制对象串级成二阶加纯滞后模型。

所述双容控制系统的输入输出关系为：