一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于過程控制領域，設及對化工多變量過程的完全時滯補償控制方法。
【背景技術】
[0002] 由于化工過程中反應復雜，各變量之間相互影響、相互關聯，針對此類對象，簡單 的單回路控制已不能達到理想的控制效果，甚至導致系統不穩定。為了消除多變量過程各 變量之間的禪合作用，工程人員通常將多變量對象解禪為獨立單回路對象進行控制。采用 的解禪方法一般分為靜態解禪和動態解禪。靜態解禪方法，只能在穩態時實現解禪，動態過 程變量之間仍存在禪合作用，不能進行完全解禪，使得控制效果并不理想。為了彌補靜態解 禪方法的不足，不少學者提出了動態解禪的方法，如簡單解禪、理想解禪、反向解禪。簡單解 禪的方法解禪器形式簡單，但解禪后的對象復雜，控制器設計較難；理想解禪廣義對象的形 式簡單，但解禪器形式復雜。而反向解禪汲取了兩種解禪方式的優點，解禪器結構簡單的同 時，廣義對象的形式也簡單。
[0003] 化工變量過程大多存在滯后的特性，大時滯的存在嚴重影響了系統的控制效果。 為了解決時滯帶來的影響，針對單變量過程的控制方法相繼提出。一些學者將其推廣到多 變量對象的控制中，但由于不能進行完全時滯補償，控制性能沒有較大的提升。因此，如何 能夠針對化工多變量對象進行完全時滯補償，同時將多變量對象動態解禪為獨立單回路進 一步提高控制性能，成為亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0004] 化工多變量過程的強禪合性及時滯問題一直是控制的難點，為了克服現有技術的 不足，本發明提供一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0006] 控制方法結構如圖1所示，其中包含控制模塊，解禪模塊，反饋控制模塊。針對多 變量對象，對W上=個模塊分別進行設計。
[0007] 1、反饋控制模塊如圖3所示，包括；控制器c(s)的輸出同時作用于解禪器K(s)、 解禪后廣義對象的模型Q(S)、解禪后廣義對象的模型不含時滯部分妒(S)。其中，解禪后廣 義對象Q(S)為對象矩陣，即解禪后各通道之間互不干擾，表示如下：
[000引Q(S) =diag{qu(S),…，q" (S),…(S)}
[0009] 其中，diag為對角矩陣，qii(s)為第i個輸入通道，第i個輸出通道之間的傳遞函 數。
[0010] 解禪后廣義對象的模型不含時滯部分妒(S)表示為：
[0011]
【主權項】
1. 一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法，其特征在于包括： 根據化工多變量對象設計解耦模塊，獲得解耦后的廣義對象；針對解耦后的廣義對象 進行控制模塊和反饋控制模塊的設計； 解耦模塊，用于將多變量對象解耦為獨立的多回路單變量對象； 控制模塊，用于對解耦后的多回路單變量對象進行控制達到生產的控制需要； 反饋控制模塊，用于提高系統的性能和魯棒性，確保在模型失配時系統的性能及穩定 性。
2. 如權利要求1所述的一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法，其特征在于， 所述的反饋控制模塊，包括：控制器C(S)的輸出同時作用于解耦器K(S)、解耦后廣義對象 的模型Q( s)、解耦后廣義對象的模型不含時滯部*Q°(S);其中，解耦后廣義對象Q(S)為對 象矩陣，即解耦后各通道之間互不干擾，表示如下： Q(s) = (Iiagiq11 (s)，…，qn (s)，…qm(s)} 其中，diag為對角矩陣，(s)為第i個輸入通道，第i個輸出通道之間的傳遞函數； 解耦后廣義對象的模型不含時滯部分Q°(s)表示為：
其中，W(S)為第i個輸入通道，第i個輸出通道之間的傳遞函數不含時滯部分； Q(s)與Qci(S)的關系表不為： Q(s) = Q0(S)E(S) 其中
' 為第i個輸入通道，第i個輸出通道之 間的時滯項，Hlii為第i個輸入通道，第i個輸出通道之間的滯后時間； 當系統模型與對象匹配時，系統為開環控制，系統的輸出與設定值之間的關系表述 為： Y (s) = Q (s) C (s) [I+Q° (s) C (s) F1R (s) 其中，I為單位矩陣，R(S)為系統的設定值，即工業生產時需要達到的性能值；C(S)為 控制器的傳遞函數； 在實際工業對象的輸出與廣義對象模型輸出的差值后增加濾波器F(S) ;F(s)形式如 下：
λ i為第i個通道的濾波器參數，濾波器參數取為多變量過程傳遞函數相應行最大時滯 的一半。
3. 如權利要求1所述的一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法，其特征在于， 所述的控制模塊采用內模控制規律對控制模塊進行設計； 內模控制器表示為： Cimc(S) = C(S) [RQ0(S)C(S)]-1 根據等價關系得到控制器的表達式： C(s) = [I-Cimc (s) Q0 (s) !T1Cimc (s) 〇
4.如權利要求1所述的一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法，其特征在于， 解耦模塊采用反向解耦方法將多變量過程解耦為多個獨立的單回路過程；解耦模塊分為兩 部分，Kd(S)為前向通道部分，Ko(S)為反向通道部分；解耦模塊K(S)表述為： K (s) = Kd (s) [ (I-Ko (s) Kd (s)) Γ1 將K (s)求逆得到： IT1(S) = [(I-Ko (s) Kd (S))] KcT1 (s) =KcT1 (s) -Ko (s) 假設解耦后系統的廣義對象為Q(s) = G(S)K(S)，則解耦模塊的逆為： IT1(S) = GT1(S)G(S) 由此得到解耦器的計算公式為： KcT1 (s) -Ko (s) = CT1 (s) G (s) 增加時滯補償項保證解耦器的 物理可實現，時滯補償項表示如下：
其中，為第i個輸入通道，第i個輸出通道補償的時滯項，Θ i為第i個輸入通道， 第i個輸出通道補償的滯后時間。
【專利摘要】本發明公開了一種化工多變量過程的完全時滯補償控制方法。該控制方法包括，控制模塊，用以對多變量過程進行控制達到要求的控制指標；解耦模塊，用以將多變量過程動態解耦為多個獨立的單變量對象；反饋控制模塊，用以給出預估反饋信息，同時增加系統的魯棒性。本發明的優點：(1)彌補了傳統控制方法不能實現完全時滯補償的不足；(2)使用反向解耦，解耦器的實現形式簡單。(3)反饋控制模塊中加入濾波器提升系統魯棒性。針對多變量過程，本發明能實現有效控制，可推廣。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號】CN104865922
【申請號】CN201510125868
【發明人】靳其兵, 李敏, 王元飛, 王琪
【申請人】北京化工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年3月21日