[发明专利]一种分布式气动多回路预测自抗扰控制系统

说明书

本发明公开了一种分布式气动多回路预测自抗扰控制系统，包括多回路下位定位控制单元和上位监管单元，上位监管单元通过人机交换界面对多回路下位定位控制单元进行参数设置；上位监管单元通过CAN总线通信方式与多回路下位定位控制单元进行数据通信、同时设计应用层通信协议采用基于事件触发和时分多路调度策略相结合的TTCAN总线调度算法对通信网络中的信息进行合理调度；所述多回路下位定位控制单元采用自抗扰控制和Smith预估控制相结合的预测自抗扰控制策略对气动系统运行过程中内外部扰动进行实时估计和补偿，并通过预测控制输出从而减小气动系统运行过程中时滞环节造成的影响，实现对气动系统中的气动执行器进行精确定位控制。

技术领域

本发明涉及工业现场广泛应用的气动系统技术领域，尤其涉及一种分布式气动多回路预测自抗扰控制系统。

背景技术

传统气动系统阀门定位器采用机械传动式控制方式，在使用过程中容易受到磨损，稳定性较差，需要大量的后期维护保养，价格昂贵且在安装调试过程中要反复调节弹簧，螺钉等一系列的机械结构，安装调试过程复杂不利于大面积推广应用；气动系统阀门定位器一般不具备现场总线功能，即使含有现场总线通信功能也只是简单的点对点通信不能形成大规模多节点分布式控制，运行监测水平较差。传统气动系统阀门定位器一般采用PID控制且需要耗费大量时间调试控制参数，但气动系统本质上属于强非线性时变时滞系统实际应用时生产工况复杂多变未知扰动过多，单纯的PID控制精确性和抗扰性较差不能使气动系统的控制性能达到最优。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种分布式气动多回路预测自抗扰控制系统，具体包括：对工业现场运行的气动系统的控制指令信息、位置反馈信息、气腔压力信息、滑阀状态信息进行实时采集的多回路下位定位控制单元；

接收所述多回路下位定位控制单元传送的数据信息、对接收到的信息进行显示并存储记录的上位监管单元，所述上位监管单元通过人机交换界面对多回路下位定位控制单元进行参数设置；

所述上位监管单元通过CAN总线通信方式与多回路下位定位控制单元进行数据通信、同时设计应用层通信协议采用基于事件触发和时分多路调度策略相结合的TTCAN总线调度算法对通信网络中的信息进行合理调度；

所述多回路下位定位控制单元采用自抗扰控制和Smith预估控制相结合的预测自抗扰控制算法对气动系统运行过程中内外部扰动进行实时估计和补偿，并通过预测控制输出从而减小气动系统运行过程中时滞环节造成的影响，实现对气动系统中的气动执行器进行精确定位控制。

进一步的，采用TTCAN总线调度算法对上位监管单元和多回路下位定位控制单元之间的通讯网络中的消息进行调度发送和接收，将上位监管单元作为CAN总线通信网络的主节点，多回路下位定位控制单元作为CAN总线通信网络的从节点，构成一主多从的通信网络。通过主节点离线生成TTCAN系统矩阵，其中系统矩阵的总长度称为矩阵周期，系统矩阵的每一行称为基本周期，TTCAN系统矩阵由若干个时间窗组成，网络中的所有传输的消息都被分配在不同的时间窗内，由主节点定时发送参考帧实现从节点时钟同步，各从节点依据接收到的参考帧的控制消息依据时间窗次序发送自身时间窗的消息；

所述TTCAN系统矩阵包括参考时间窗、独占时间窗、仲裁时间窗和自由时间窗，在生成TTCAN系统矩阵时通过确定时间窗长度、确定系统的基本周期、确定矩阵周期、确定系统矩阵的行数以及列数的方式从而建立TTCAN系统矩阵。

进一步的，所述多回路下位定位控制单元采用预测自抗扰控制算法对气动系统进行定位控制时：