一種滯后對象時間補償控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于自動化控制技術領域，特別涉及一種滯后對象時間補償控制方法。
【背景技術】
[0002]在過程控制應用中，熱量等信號的轉移或轉換需經過一定的時間，這一現象造成了熱工過程存在較大的滯后時間。在滯后時間階段，無論是控制作用還是擾動作用對過程變量的影響是不可測的，因而導致了具有較大慣性和滯后特性的控制系統較難控制。為此在傳統工業過程控制中，采用微分控制作用來改善系統在調節過程中的動態特性。采用“微分控制”能夠預測誤差變化的趨勢，使得控制器的輸出與誤差的變化率成正比關系，一定程度上能夠改善滯后對象的調節品質。但是由于滯后性和控制輸出與誤差的變化率成正比的原因，含有微分作用的控制器在調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。
【發明內容】
[0003]針對傳統控制中采用微分作用在調節過程中容易出現振蕩甚至失穩的不足，本發明提供一種滯后對象時間補償控制方法。該方法不僅具有微分作用的優點(迅速響應被控參數的變化)，而且能方便地根據信號變化率的大小補償滯后時段的所不可測的控制量，同時又能釋放控制輸出對被控信號變化率的固定依賴關系，從而在本質上克服了傳統微分器的缺點。
[0004]本發明的目的是這樣實現的:一種滯后對象時間補償控制方法，具體包括以下步驟:
(1)補償控制使能信號的形成:所述補償控制使能信號是由于被控參數變化率信號超過設定的高限值Hl或者低于設定的低限值LI且超限信號維持3~6秒形成的；
(2)補償控制增益信號的形成:所述補償控制增益信號是在補償控制使能信號為開關量邏輯I后，通過RS觸發器形成一個時間寬度為X的脈沖輸出Gx，在脈沖輸出Gx的前一段時間Y，經由數字加法器計算及限值處理形成的；所述時間寬度X和Y是二元值，為補償值或復位休眠值，由被控參數變化率確定，當被控參數變化率處在高限值H2和低限值L2之間，說明系統處于平衡狀態或微擾動狀態，將復位休眠值賦值給X和Y，此時的X和Y相等，均為2秒左右；當被控參數變化率大于高限值H2或小于低限值L2，說明系統需要補償控制，分別將補償值賦值給X和Y，此時的X值為10分鐘以內，Y〈X ;
(3)補償控制復位信號的形成:所述補償控制復位信號是在補償控制使能信號為開關量邏輯I后，通過RS觸發器形成一個時間寬度為X的脈沖輸出Gx，該脈沖輸出結束的信號經取非塊、時間寬度為Z的另一脈沖輸出Gz所形成的，所述時間寬度Z為一固定值，一般在5秒以內；
(4)補償控制輸出信號的形成:所述補償控制輸出信號是由補償控制狀態量A與可變增益的參數變化率B之和組成；所述補償控制狀態量A是由補償控制增益信號與被控參數變化率及一個常系數相乘而來，此系數在0~1之間；所述可變增益的參數變化率B為被控參數變化率與可變增益相乘而來；所述可變增益為三元值，對應著一個補償控制周期中三個時段的增益值:早期段、中間段和尾聲段，一旦補償控制周期開始，進行時間判斷，若補償控制使能信號存在的時間小于脈沖輸出Gu的時間寬度U，則早期段增益值起作用；若補償控制使能信號存在的時間處于延時輸出Gv的時間寬度V (V=U)和脈沖輸出Gw的時間寬度W與延時輸出Gv的時間寬度V之和，即V+W之間，則中期段增益值起作用；若補償控制使能信號存在的時間大于延時輸出Gv的時間寬度V和脈沖輸出Gw的時間寬度W之和即V+W，則尾期段增益值起作用；所述時間寬度U、V和W是二元值，為補償值或復位休眠值，由被控參數變化率確定；當被控參數變化率處在高限值H2和低限值L2之間，說明系統處于平衡狀態或微擾動狀態，將復位休眠值賦值給U、V和W，此時的U、V和W相等，均為2秒左右；當被控參數變化率大于高限值H2或小于低限值L2，說明系統需要補償控制，分別將補償值賦值給U、V 和 W，且 v+w〈x。
[0005](5)補償控制輸出信號根據信號變化率的大小補償滯后時段的所不可測的控制量，可以防止出現震蕩甚至失穩的情況發生，還可以在一定程度上糾正過度補償控制。
[0006]本發明的有益效果是:
1.對不可測的滯后時間進行定量補償控制，增強了被控參數的穩定性；
2.僅采用為數不多的功能塊，結構簡單。
【附圖說明】
[0007]圖1為本發明滯后對象時間補償控制方法中間信號集成控制圖；
圖2為本發明滯后對象時間補償控制方法時間參數集成控制圖；
圖3為本發明滯后對象時間補償控制方法輸出信號集成控制圖；
圖4為可變增益早期段、中期段和尾期段示意圖；
圖5為不同擾動下的控制輸出特性曲線示意圖，其中圖(a)為一次補償控制即可達到較好穩定品質的時序圖，圖(b)為多次補償控制才可以達到較好穩定品質的時序圖，圖(C)為不足一次補償控制也可以達到較好穩定品質的時序圖，圖(d)為糾正過度補償控制的時序圖。
【具體實施方式】
[0008]結合附圖將滯后對象時間補償控制方法應用于國內某火電廠，進一步說明本發明滯后對象時間補償控制方法。
[0009]本發明滯后對象時間補償控制方法是在原有實際微分算法的基礎上，利用DCS組態軟件平臺提供的功能碼庫，對被測參數變化率信號進行組態加工，形成補償控制使能信號、補償控制增益信號、補償控制復位信號等中間信號，最終形成能夠克服傳統微分器缺點的補償控制輸出信號。該方法具體包括以下步驟:
(I)補償控制使能信號的形成:
如圖1所示，當被控參數變化率大于0.4或者小于-0.6 (6895)且時間上超過6秒(6813)時(正負幅值也可以相等，本實施例中使用的正數的幅值較小，對應于溫度控制時，防超溫優先于防欠溫)，形成補償控制使能觸發信號。
[0010]設置一定的觸發值(6791、6792)表明具有滯后性質的大擾動確實發生，需要對過去的時間實施補償控制。
[0011]設置延時輸出(6813)是一個可靠性處理，防止測量噪聲引起的誤發補償控制使能信號。
[0012](2)補償控制增益信號的形成:
如圖1所示，補償控制使能信號一旦為開關量邏輯I后，通過RS觸發器(6820)就會形成一個時間寬度為X的脈沖輸出Gx (6822)，在脈沖輸出Gx的前一段時間Y(6789)，X彡Y，經由數字加法器(6812)及限值處理(6817)，形成補償控制增益信號。
[0013]時間寬度X和Y是二元值，為補償值或復位休眠值，由被控參數變化率決定，分別由自適應調參數塊6809、6810調整，如圖2所示。
[0014]當被控參數變化率處在[-0.2,0.2]范圍內，說明系統處于平衡狀態或微擾動狀態，此時自適應調參數塊6809、6810分別將復位休眠值2賦給X和Y (X和Y公用一個復位休眠值(6781))，無論在賦值前它們的地址值是“開關量邏輯I”還是“開關量邏輯0”，在X和Y被賦值2秒后，將一定會為“開關量邏輯0”，補償控制增益信號為零，是空信號，表明不需施加補償控制量。
[0015]當被控參數變化率不處在[-0.2,0.2]范圍內，說明系統需補償控制。此時自適應調參數塊6809將補償值300賦給X，自適應調參數塊6810將補償值120賦給Y，使補償控制能夠實現。
[0016](3)補償控制復位信號的形成:
如圖1所示，當補償控制使能信號為“開關量邏輯I ”的時間較長時，把滯后補償控制功能