[发明专利]闭环系统的参数估计技术

说明书

一般说来，本发明涉及一个闭环过程控制系统，具体地说，本发明涉及一个使用参数估计技术的控制系统。

具有大量、未知的和/或随时间变化的过程延迟的工业加工过程是难于控制的。由于对递推最小二乘参数估计和PID控制算法的依赖性，就其现有的形式而言，自校正明显地不适用这类控制过程。因为递推最小二乘参数估计技术要求确切知道控制过程的延迟时间，所以该技术在此是失效的。同样，使用PID控制器的控制系统也不可能直接补偿控制过程的延迟时间。为了保持环路稳定，就必须解调这些控制系统，结果降低了整个控制器的性能。

一种把自校正控制扩大到适用于上述控制过程的方法是将递推最小二乘参数估计算法与延迟时间估计器结合起来使用，增加延迟时间补偿的控制功能。有两种特殊的方法受到了显著的重视，一是使用一系列具有不同的假设延迟时间量的估计器，另一种是使用一台估计器来辨识一组分布在整个时间周期的参数，以使其包含所假设的延迟时间。很遗憾，现已证明在工业装置的一般应用中，这些技术都是不实用的。

由于上述原因，有必要开发一种把参数估计算法与延迟时间估计算法相结合的自校正控制技术。

本发明提出了一种既含有递推最小二乘参数估计算法，又含有延迟时间估计算法的控制技术，以解决先有的技术中存在的问题以及其他一些问题。延迟时间估计算法应用响应于一个阶跃或脉冲输入的系统变量对时间的积分。适当地选取积分（控制区域）得到一组方程，用这些方程可解出过程参数。利用参数估计的控制区域可确定过程延迟时间。积分的平滑效应降低了参数估计中的过程噪声（Processnoise）效应。

图1是以模型为基础的控制器的原理图，

图2给出了方程（2）对时间积分的估算结果，

现参照附图，这些图例说明了本发明的最佳实施方案，但本发明不仅限于此。图1是具有下述传递函数的以模型为基础的控制器的原理图。

U (S )e ( S )= 1Km［ T ms + 1T fs + 1 1 -e - TmsT fs + 1］ ( 1 ) ]]>

其中K_m、T_m、T_m、T_f＝控制器参数

这个特殊的传递函数是假定受控制过程可近似为具有延迟时间的一阶滞后过程而得到的。通过所观察到的过程增益、滞后时间常数及延迟时间来校正控制器。第4个校正参数一滤波时间常数规定了过程变量对设定值的变化或对干扰的理想的时间响应。

自校正控制系统是将递推最小二乘参数估计的一种变形与以模型为基础的控制器相耦合。递推最小二乘算法的推层在本技术领域中是众所周知的，这里被参照结合到本发明中。这种自校正控制系统只适用于那些过程延迟时间已知且不变的过程，或者延迟时间可在线测量或被推导出来的过程。为了把这种系统的应用扩大到那些延迟时间未知或随时间变化的过程，就需要利用参数估计技术。本发明的技术具有可估计闭环系统中包括延迟时间在内的所有参数的优点。这一技术的基本前提是：该系统响应阶跃式设定值变化的某些定量测量可以直接地与过程参数相联系。使用包括过程输出在内的各种不同的控制区域，可展开并求解一组使用了过程参数的非线性代数方程。

下面的步骤论述的是在使用图1所示的控制器做计一阶线性系统延迟时间和过程参数的过程。

1.通过使加到控制器上的设定值增加或减小一规定的量来启动估计过程。