[发明专利]一种基于模糊Smith-PID的换热站控制方法

摘要

一种基于模糊Smith-PID的换热站控制方法，本发明采用的智能控制算法，不仅可以缩短系统的调节时间，减小超调量对于管网的冲击，而且稳态特性也满足换热站的精度要求，本发明采用的算法具有较强的鲁棒性，在调试阶段，只需要控制对象的大概参数即可，这也提高了本发明的易用性，便于推广使用，同时本发明与原有的采用PID算法的换热站系统相比，采用本发明算法的换热站减少了热量的使用，间接减少了二氧化碳的排放，实现了节能环保等。

主权项

一种基于模糊Smith‑PID的换热站控制方法，其特征是：所述控制方法在传统PID控制的基础上融合了模糊控制以及Smith预估控制，具体方法如下：一、模糊控制环节：模糊控制环节对误差和误差变化率进行采集，运算后输出PID参数的补偿量，然后同PID环节相耦合，耦合的结果作为Smith预估控制器的输入，在计算PID参数的补偿量时，首先要建立模糊控制器的控制规则表，这样得出在不同的误差和误差变化率时，根据参数的自整定原则，参数 k _p、 k _I 和 k _d 分别对系统输出特性的影响下得出，具体如下：A、当误差过大时，首先考虑控制器按最大或最小输出迅速调整误差，无论误差变化趋势如何改变，都应该使误差绝对值能以最大速度减小，此时应取较大的k _p,较小的k _I 和使k _d等于零； B、当误差和误差变化率同号时，误差绝对值向增大的方向变化，如果要使误差绝对值向减小方向变化，可以考虑控制器实施较强的控制作用，这时k _d不能太大，可以取较大的k _p并且应取较小的k _I值； C、当误差和误差变化率为异号或误差等于零时，可以采取保持控制器输出不变，因为这种情况说误差的绝对值已达到平衡状态，或向减小的方向变化； D、当误差变化率等于零且误差不等于零时，说明系统的理论曲线和系统的曲线平行或一致，这时，应采取较大k _p和k _I值，使曲线保持平稳，根据以上原则得到相应的值；二、PID控制环节：将模糊控制环节中的，叠加在原k _p，k _I，k _d上构成新的PID参数，PID参数为：此时，新的PID控制环节融入了模糊控制的补偿量；三、Smith预估环节：Smith预估控制器是补偿大滞后环节的最佳选择，最终Smith控制器的输出作为控制信号输出到PLC的模拟输出模块上，最终作用于一次侧的调节阀，该调节阀的输入量为模拟量信号，范围为4～20mA，如被控对象的模型，由于控制闭环中含有延迟环节，当延迟时间常数远大于T时，系统将会不稳定，若能从图1中X处引出负反馈，则可以把滞后环节移出控制回路，这样可以使系统的响应大大改善，但这样在现实中很难实现，若采用带有Smith预估控制模块，则可以补偿由于系统的大滞后对控制的影响，控制器的输出在作用到实际模型上时，同时作用于预测模型上，从图2的Xm处引出负反馈则可以将延迟环节排除在控制回路以外。