[发明专利]一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法

摘要

本发明公开了一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法，属于流程工业生产技术领域。本方法在微分超前控制器设计方法的基础上，综合生产控制回路过程对象多时段、多工况的有效模型集，智能选取出适应多种工况的全局优化控制器，解决了常规控制器设计方法难以适应工况变化的缺陷，实现该控制回路能够长期稳定运行，该设计全局优化控制器回路结构；同时，采用的优化算法可快速选取出一组智能控制器参数，直接在PID控制器实施，使得在该组控制器参数控制下，被控过程对象的输出动态响应在上述性能指标ηITAE的约束下，使得该性能指标取值最小，实现适应多工况的全局优化智能控制器控制目标。

主权项

一种微分超前广义智能内部模型集PID控制器设计方法，在石油化工生产过程中，被控变量往往要求平缓的变化，即使在工艺需要改变生产计划时，也需要各被控变量平缓地过渡到新的稳态；为防止设定值改变或输入有高频干扰信号时造成输出波动幅度大，严重时可造成事故的风险，因此，引入了微分超前PID控制，即微分只对测量值起作用，比例和积分对偏差起作用，如此设定以避免设定值变化造成的输出参数大幅波动；R(s)为回路设定值；Y(s)为被控变量输出值；为控制器的比例和积分作用部分传递函数，K为比例系数，T_I为积分时间常数；为微分部分传递函数，T_D为微分时间常数，α为微分放大系数，取值为0.05～0.1；G_P(s)为过程对象传递函数；s为拉普拉斯变换算子；其特征在于：λ为鲁棒提升系数，在控制器参数设计阶段计算求得，该鲁棒提升系数的适当取值有利于回路的鲁棒性能；G′_P(s)为名义过程控制对象传递函数：$G_P^{\′}\left(s\right)=\frac{G_P\left(s\right)}{1+G_P\left(s\right)G_D\left(s\right)}---\left(1\right)$进行等价转换，得微分超前广义内部模型控制回路结构，称为广义内部模型控制；G_C(s)称为广义内部模型控制器，其传递函数如下：$G_C\left(s\right)=\frac{T_{I}s}{\mathrm{\λ}s+1}\×G_{PI}\left(s\right)=\frac{{\mathrm{KT}}_{I}s+1}{\mathrm{\λ}s+1}---\left(2\right)$控制器参数设计目标为确定全新的控制器参数K、T_I、T_D，使控制回路前向通道G_C(s)G′_P(s)的输入输出响应等价于一阶惯性环节在设定值R(s)改变后，被控变量实现比较理想的平稳过度过程，控制器参数及鲁棒提升系数计算采用随机搜索优化方法。