自动控制系统的控制品质调整方法、装置和可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开自动控制系统的控制品质调整方法、装置及可读存储介质，其中，自动控制系统包括控制器和被控对象；自动控制系统的控制品质调整方法包括：获取自动控制系统的频域形式的响应函数；根据频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数；根据控制器的控制器频域传递函数和系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型；根据被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整控制器的控制策略和/或控制参数值，以调整自动控制系统的控制品质的指标至预设指标范围内。本发明专利技术的技术方案能解决现有技术中数学模型不能准确描述被控对象，难以保证自动控制系统的控制品质的问题。

Control quality adjustment method, device and readable storage medium of automatic control system

The invention discloses the control quality adjustment method, device and readable storage medium of the automatic control system, wherein the automatic control system includes a controller and a controlled object; the control quality adjustment method of the automatic control system includes: obtaining the response function of the frequency domain form of the automatic control system; calculating the system frequency domain transmission of the automatic control system according to the response function of the frequency domain form Recursive function: according to the frequency-domain transfer function of the controller and the frequency-domain transfer function of the system, the mathematical model of the controlled object is calculated; according to the mathematical model of the controlled object and the frequency-domain transfer function of the controller, the control strategy and / or the control parameter value of the controller are adjusted to adjust the control quality index of the automatic control system to the preset index range. The technical scheme of the invention can solve the problem that the mathematical model in the prior art can not accurately describe the controlled object and can not guarantee the control quality of the automatic control system.

【技术实现步骤摘要】
自动控制系统的控制品质调整方法、装置和可读存储介质
本专利技术涉及自动控制
，尤其涉及一种自动控制系统的控制品质调整方法、装置和可读存储介质。
技术介绍
自动控制系统是指使用控制器对生产中被控对象的某些关键性参数进行自动控制的系统。在控制器的自动控制下，这些关键性参数能够在受到外界干扰而偏离正常状态时被自动调节，进而回到工艺要求的数值范围内。自动控制系统主要包括控制器、被控对象、执行机构和变送器等部分；其中，被控对象是指自动控制系统中所要控制的设备或设备群组。为了准确了解自动控制系统的运行过程，进而调整自动控制系统的控制品质，通常需要建立数学模型以描述自动控制系统的结构和运行过程。给自动控制系统建立数学模型的方法主要包括：机理建模方法、试验建模方法和系统辨识建模方法。其中，(1)、机理建模方法需要大量的具有实际意义的定理公式，这些公式用于描述自动控制系统的实际工作原理和过程；并且机理建模的求解过程需要严格按照步骤进行，这样才能够得到一个精确度较高的数学模型。然而，现代工业所采用的自动控制系统通常十分复杂，虽然机理建模方法能够对局部结构进行物理描述并建立相应的数学表达形式，但是现代工业常用的自动控制系统往往由一系列的工业设备组成，导致无法使用机理建模方法对整个自动控制系统进行整体描述。正是由于机理建模方法需要对每个局部结构或过程具有精细要求，而自动控制系统结构复杂且并非局部结构和流程的简单拼接，所以即使已经知道描述局部结构的数学公式，依然无法通过机理建模得到的大型自动控制系统的数学模型。另外，机理建模方法得到的模型往往异常庞大，经常出现积分和微分等复杂的非线性形式。这样建立的系统模型，即使能够较好地描述自动控制系统的工作过程，但是其复杂度异常之大，也无法直接应用于现代工业控制中。并且，自动控制系统在实际工作过程存在着大量的扰动因素，使得建立的数学模型依然存在可靠性问题。(2)、试验建模方法需要对自动控制系统的各项参数进行充分激励，找到其参数的动态特性。对于较小规模的自动控制系统而言，通过多次试验建模能够得到较为准确的数学模型；然而，对于较大规模的自动控制系统而言，试验建模会对自动控制系统造成冲击，影响自动控制系统运行的稳定性。特别地，对于重要工业所使用的复杂自动控制系统，为安全起见必须保持自动控制系统平稳运行，不允许对自动控制系统的参数进行大范围调节，即不能够对自动控制系统实现充分激励。因此，试验建模方法对这些复杂的自动控制系统是行不通的。(3)、系统辨识建模方法是根据系统的输入输出时间函数来建立描述自动控制系统行为的数学模型的方法。它是现代控制理论中的一个分支，建模过程如下：首先，通过辨识建立数学模型的目的是估计表征系统行为的重要参数，建立一个能模仿真实系统行为的数学模型；然后，用当前可测量的自动控制系统的输入和输出预测自动控制系统输出的未来演变。系统辨识建模方法往往以先验知识为基础，经过实验设计、结构辨识、参数估计和模型检验等步骤，最终确立数学模型。然而，辨识实验要求输入信号具有丰富的变化；模型结构不仅要包含被控对象的模型，还需要包含扰动的模型；参数的估计方法大多需要复杂的公式推导，且前提假设要求苛刻。综上，自动控制系统在运行过程中，其所包含的被控对象的特性难以用精确的数学模型来描述；即使有时能够获得用于描述被控对象特性的精确数学模型，但是由于被控对象过于复杂，导致上述数学模型也难以对其进行有效地控制性能分析和综合。而且，随着生产过程中工作条件的改变、运行环境的变化以及自动控制系统内设备老化等原因，被控对象本身的特性也会随之变化；这些原因都使得描述被控对象的数学模型和实际的被控对象之间不可避免地存在误差，进而难以保证自动控制系统的控制品质。先进的自动控制方法大多是基于对象的数学模型，如果基于对象的数学模型不能精确描述被控对象，或者在自动控制系统的运行过程中数学模型和实际对象产生偏离，基于这样的数学模型设计的自动控制系统很难保证具有所期望的性能要求，更难保证较高的控制品质。
技术实现思路
本专利技术提供一种自动控制系统的控制品质调整方法、装置和可读存储介质，旨在解决现有技术中的数学建模方法难以准确描述被控对象，进而难以保证自动控制系统的控制品质的问题。为实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种自动控制系统的控制品质调整方法，其中，所述自动控制系统包括控制器和被控对象；所述控制品质调整方法包括：获取自动控制系统的频域形式的响应函数；根据频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数；根据控制器的控制器频域传递函数和系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型；根据被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整控制器的控制策略和/或控制参数值，以调整自动控制系统的控制品质的指标至预设指标范围内。优选地，在根据被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整控制器的控制策略和/或控制参数值的步骤之后，所述控制品质调整方法还包括：检测控制品质的指标是否超出预设指标范围；若控制品质的指标超出预设指标范围，则重新根据控制器的控制器频域传递函数和系统频域传递函数，计算被控对象的数学模型；根据重新计算得到的被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整控制器的控制策略和/或控制参数，直至自动控制系统的控制品质的指标调整至预设指标范围内。优选地，所述获取自动控制系统的频域形式的响应函数的步骤，包括：实时检测自动控制系统的输出响应，生成自动控制系统的频域响应曲线；对频域响应曲线进行曲线拟合，得到频域形式的响应函数。优选地，所述控制品质调整方法，根据频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数的步骤，包括：对频域形式的响应函数进行因式分解和拉氏反变换，得到时域形式的稳态极值函数、指数函数和指数-三角函数；对稳态极值函数、指数函数和指数-三角函数进行拉氏变换及因式组合，提取得到自动控制系统的系统频域传递函数。优选地，所述根据控制器的控制器频域传递函数和系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型的步骤，包括：根据控制器的控制策略和控制参数，计算得到控制器频域传递函数；将控制器频域传递函数和系统频域传递函数，代入被控对象的频域表达式，计算得到被控对象的数学模型。根据本专利技术的第二方面，还提供了一种自动控制系统的控制品质调整装置，其中，自动控制系统包括控制器和被控对象；所述控制品质调整装置包括：响应函数获取模块，用于获取自动控制系统的频域形式的响应函数；系统频域传递函数计算模块，用于根据响应函数获取模块获取的频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数；被控对象计算模块，用于根据控制器的控制器频域传递函数和系统频域传递函数计算模块计算得到的系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型；控制器调整模块，用于根据被控对象计算模块计算得到的被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整控制器的控制策略和/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动控制系统的控制品质调整方法，其特征在于，所述自动控制系统包括控制器和被控对象；所述控制品质调整方法包括：/n获取自动控制系统的频域形式的响应函数；/n根据所述频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数；/n根据控制器的控制器频域传递函数和所述系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型；/n根据所述被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整所述控制器的控制策略和/或控制参数值，以调整所述自动控制系统的控制品质的指标至预设指标范围内。/n

【技术特征摘要】
1.一种自动控制系统的控制品质调整方法，其特征在于，所述自动控制系统包括控制器和被控对象；所述控制品质调整方法包括：
获取自动控制系统的频域形式的响应函数；
根据所述频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数；
根据控制器的控制器频域传递函数和所述系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型；
根据所述被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整所述控制器的控制策略和/或控制参数值，以调整所述自动控制系统的控制品质的指标至预设指标范围内。


2.根据权利要求1所述的控制品质调整方法，其特征在于，在所述根据被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整所述控制器的控制策略和/或控制参数值的步骤之后，所述控制品质调整方法还包括：
检测所述控制品质的指标是否超出所述预设指标范围；
若所述控制品质的指标超出所述预设指标范围，则重新计算所述被控对象的数学模型，根据重新计算得到的所述被控对象的数学模型和控制器频域传递函数，调整所述控制器的控制策略和/或控制参数，直至所述自动控制系统的控制品质的指标调整至所述预设指标范围内。


3.根据权利要求1或2所述的控制品质调整方法，其特征在于，所述获取自动控制系统的频域形式的响应函数的步骤，包括：
实时检测所述自动控制系统的输出响应，生成所述自动控制系统的频域响应曲线；
对所述频域响应曲线进行曲线拟合，得到所述频域形式的响应函数。


4.根据权利要求1或2所述的控制品质调整方法，其特征在于，所述根据频域形式的响应函数，计算得到自动控制系统的系统频域传递函数的步骤，包括：
对所述频域形式的响应函数进行因式分解和拉氏反变换，得到时域形式的稳态极值函数、指数函数和指数-三角函数；
对所述稳态极值函数、指数函数和指数-三角函数进行拉氏变换及因式组合，提取得到所述自动控制系统的系统频域传递函数。


5.根据权利要求1或2所述的控制品质调整方法，其特征在于，所述根据控制器的控制器频域传递函数和所述系统频域传递函数，计算得到被控对象的数学模型的步骤，包括：
根据所述控制器的控制策略和控制参数，计算得到所述控制器频域传递函数；
将所述控制器频域传递函数和系统频域传递函数，代入所述被控对象的频域表达式，计算得到所述被控对象的数学模型。


6.一种自动控制系统的控制品质调整装置，其特征在于，所述自动控制系统包括控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炳楠，朱峰，燕志伟，梁正玉，向杰，杨晶莹，
申请(专利权)人：润电能源科学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41