[发明专利]基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法

说明书

本发明提供一种基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法，属于串级系统控制器参数整定技术领域，所述方法通过采集控制回路的闭环阶跃响应数据，继而根据该闭环阶跃响应数据进行一系列的离线操作得到整定后的控制器参数值，避免了现有控制器参数整定方法通过进行多次外部激励来校正控制器参数需要中断控制系统正常运行的情况；而且，在控制器参数推导过程中，考虑到副回路中会存在干扰的情况，利用直接分析设计原理对副控制器参数进行校正，提高了控制回路的抗干扰性能和稳定性。通过在实际的工业应用精馏塔提馏段温度值控制系统中试验可知，本申请方法能够明显减小串级控制系统超调现象，在产生干扰时，控制系统的波动范围明显减小。

技术领域

本发明涉及基于闭环阶跃响应串级回路PID控制参数自校正方法，属于串级系统控制器参数整定技术领域。

背景技术

串级控制系统是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统，两个控制器中，一个为主控制器，它所检测和控制的变量称主变量；另一个为副控制器，它所检测和控制的变量称副变量，是为了稳定主变量而引入的辅助变量。串级控制系统通过设置副变量来提高对主变量的控制质量，由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，因而减少了干扰对主变量的影响。

比如对于精馏塔提馏段温度的控制，通常以蒸汽流量为操纵变量来控制提馏段温度。但由于蒸汽回路会存在各种各样的外部干扰，如蒸汽控制阀阀前压力的变化，以及由此带来的控制通道(控制阀开度对提馏段温度)非线性等问题。因此不能简单的使用单回路控制系统来实现提馏段的温度值控制。为提高控制系统的抗干扰性能，引入蒸汽流量作为副变量，提馏段温度作为主变量，组成串级控制系统。

串级控制系统具有良好的动态响应和抗干扰性，尤其在过程对象有较大的容量滞后，负荷变化较大的情况下，相比单回路控制系统，串级控制系统更能满足生产工艺的需求。但是，伴随着工业现场的变化，被控对象模型参数甚至结构可能会发生改变，使得最初整定好的控制器达不到预期的控制效果，因此研究串级控制器的整定方法具有重要意义。

目前整定串级控制器的方法，有将整定过程分为两步，切换系统的工作状态，首先通过一次试验整定副回路控制器参数，再通过一次试验整定主回路控制器参数，也即参数的整定过程中需要中断控制系统的正常运行，影响生产效率。而且现有整定方法或多或少还是存在系统超调的问题，导致控制系统抗干扰性和稳定性不好。而控制系统存在这些问题，则会直接导致被控系统达不到预期的控制效果。如上述对于精馏塔提馏段温度的控制，若串级控制器存在上述问题，则会直接导致对于精馏塔提馏段温度控制的不准确。

发明内容

为了解决目前分两次试验来整定串级控制系统参数带来的影响系统正常运行的问题，本发明提供了一种基于闭环阶跃响应数据的串级控制器参数自校正方法，所述方法通过采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数；进而根据估计出的主副回路被控对象的模型参数对串级控制器的主副回路进行参数校正。

可选的，所述采集串级控制器应用于被控系统中的闭环阶跃响应数据，根据闭环阶跃响应数据估计被控系统中主副回路被控对象的模型参数，包括：

串级控制器主回路被控对象为：

串级控制器副回路被控对象为：

其中μ₁,μ₂分别为主副回路被控对象的过程增益，θ₁,θ₂分别为主副回路被控对象的延迟时间，τ_1i,τ₂分别为主副回路被控对象的时间常数；