[发明专利]一种基于惯性模型的温度控制方法

说明书

本发明公开了一种基于惯性模型的温度控制方法。对于温度控制而言，温度增量需要相应的能量。如果惯性对象及其控制系统还存在非线性或时变等特征，那么在成本的约束下，要达到更高的控制品质就显得困难。本发明包括模型建立方法和预测控制方法。本发明引入温度惯性的概念，提高了温度控制的精准程度和跟踪速度。本发明通过设定试验的方式，获取各个样值点处温度惯性的大小，操作难度低。本发明通过线性折叠的方式，根据已经记录的样值点惯性大小计算各种情况下的惯性大小，提高了温度控制的精度。本发明通过测算系统的惯性值，使得加热元件可以最大功率工作，提高了跟踪速度，且能将超调控制在允许的范围内。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种基于惯性模型的温度控制方法。

背景技术

制造业是经济的基础，人们对制造技术的要求越来越高，相应的生产工艺、生产设备和生产过程越来越复杂，依据过程的数学模型，对生产过程和设备进行控制、预报和评价已变得越来越困难。同时工业信息化逐步加深，相当数量的企业每天都在产生并存储着大量的生产、设备和过程数据，这些数据隐含着工艺变动和设备运行等信息。在难于建立受控系统较准确机理模型的条件下，如何有效利用大量的离、在线数据和知识，实现对生产过程和设备的优化控制、预报和评价，已成为迫切需要解决的问题。

对于温度控制而言，温度增量需要相应的能量，这个能量需要输入量对时间的积分。如果惯性对象及其控制系统还存在非线性或时变等特征，那么在成本的约束下，要达到更高的控制品质就显得困难。再者，工业过程控制中95％以上都是PID控制，但对于具有强非线性、时变、耦合及参数不确定的复杂系统而言，PID控制效果不佳。可见，利用PID控制系统的历史数据、运用数据驱动控制理论改善温度控制效果具有重大实践意义。但是，在各种先进的优化PID控制方案中，其计算量一般都比较大，不利于在大量底层的低性能控制节点中实施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度控制系统惯性模型的温度控制方法。

本发明包括模型建立方法和预测控制方法。

惯性模型建立方法的具体步骤如下：

步骤一、搭建温度控制系统。温度控制系统包括加热元件、温度传感器、液位传感器、电压传感器、容器和控制器。加热元件、温度传感器和液位传感器均设置在容器内。电压传感器的检测接口与加热元件并联。

步骤二、设定温度惯性影响因素：1、输出影响因素；2、负载影响因素；3、输入影响因素。在输出影响因素的预设范围内均匀地取m个第一样值点，建立第一样值集合Y＝{y₁,y₂,...,y_m}；在负载影响因素的预设范围内均匀地取n个第二样值点，建立第二样值集合L＝{l₁,l₂,...,l_n}；在输入影响因素的预设范围内均匀地取p个第三样值点，建立第三样值集合U＝{u₁,u₂,...,u_p}。

步骤三、对步骤二中所述的三种影响因素的所有组合情况进行加热试验，输出影响因素、负载影响因素、输入影响因素分别表示为y_i、l_j、u_k。

加热试验具体为：向容器中加入l_j体积的被加热液体；向加热元件通入u_k大小的恒定电压；温度检测元件检测到容器中液体的温度达到y_i后，加热元件断电，温度检测元件持续检测容器中液体的温度达到最高时，记录下该温度T_i,j,k和对应延时τ_i,j,k。计算温度惯性ΔT_i,j,k＝T_ijk-y_i。对应延时τ_i,j,k为加热元件断电时至液体温度达到最高时的时长。