[发明专利]水泥熟料冷却过程的分数阶模型广义二自由度控制方法

说明书

本发明公开了一种水泥熟料冷却过程的分数阶模型广义二自由度控制方法。该方法首先建立一个分数阶广义过程模型，定义新型的广义输入得到离散系统的广义过程高阶模型；然后，引入闭环等效的广义开环控制算法，结合二自由度多性能控制思想设计广义二自由度控制器。本发明通过分数阶处理广义模型多项式提高了系统的预测精度，增强了系统准确性；其次采用二自由度分别控制系统的响应速度和系统超调稳定性，可有效提高系统的控制性能。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种水泥熟料冷却过程的分数阶模型广义二自由度控制方法。

背景技术

随着现代工业对工艺精密准确度的要求越来越高，传统的系统辨识方法所建立的整数阶模型无法完美的匹配一些精度需求更高的被控对象设备，而很多现代高效控制器都是基于系统数学模型的基础上来设计的。当系统模型的匹配产生加大偏差时，所设计的控制器会将偏差系数进一步的放大从而减弱了系统的稳定性和准确性，还可能会带来一定的生产安全问题。同时考虑到单参数调节系统中性能偏移性所带来的极端控制特性问题，因此研究一种快速、稳定、准确的数字化控制方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了有效的处理系统过程建模不够准确和控制特性偏移极端的问题，而提出了一种水泥熟料冷却过程的分数阶模型广义二自由度控制方法。

本发明首先建立一个分数阶广义过程模型，定义新型的广义输入得到离散系统的广义过程高阶模型；然后，引入闭环等效的广义开环控制算法，结合二自由度多性能控制思想设计广义二自由度控制器。最后以水泥生产过程中的水泥熟料冷却环节为例，说明本发明能够有效的处理系统过程建模不够准确和控制特性偏移极端的问题。

本发明方法的步骤包括：

步骤1、建立系统的分数阶广义过程模型，具体步骤如下：

1.1假设系统被控对象的分数阶传递函数模型，表示如下：

其中，K为分数阶模型增益常数，T是分数阶模型惯性时间常数，s为拉普拉斯变换算子，θ为模型滞后时间，0ω≤1为分数阶微分阶次。

1.2分数阶微分项的高阶近似，采用方法如下：

其中，N为选定的近似阶次，W_h和W_b分别为分数阶拟合频率的上限值和下限值。

1.3根据步骤1.2，并通过Riemann-Liouville定理可以将步骤1.1中的分数阶模型转换为如下的高阶模型：

其中，i₁、i₂、...、i_n为高阶模型分母的阶次，且为整数；j₁、j₂、...、j_n为高阶模型分子的阶次，且为整数；n₁、n₂、...、n_n和m₁、m₂、...、m_n分别为方程多项式的系数。

1.4忽略系统扰动，根据步骤1.3可以得到系统离散过程线性模型输入输出关系，表示如下：

y(z)＝G_p(z)u(z)

其中，z是离散变换因子，y(z)、u(z)分别是过程输出、输入的z变换；为过程被控对象的脉冲传递函数。

1.5根据内模控制原理，建立系统的控制过程模型，如下；