抗时滞伪比例积分控制系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种抗时滞伪比例积分控制系统和方法，所述的系统包括连成回路的湿度控制器和湿气控制器，所述的温度控制器和湿度控制器的回路中引入温度控制环形回路，整个系统形成一个反馈补偿环。本发明专利技术提供一种同时具有积分变量ＰＩ函数和预测函数部分，控制器在补偿时间延迟的基础上引进的一种抗时滞伪比例积分控制系统和方法。跟传统的控制方法比较，抗时滞伪ＰＩ控制器设计更简单，参数易调节。

Anti delay pseudo proportional integral control system and method

The invention relates to an anti delay quasi proportional integral control system and method, the system includes the humidity and moisture are connected to form a loop controller into the temperature control loop controller, the temperature controller and humidity controller circuit, the whole system to form a feedback loop compensation. The invention provides an anti time delay pseudo proportional integral control system and method which is based on the compensation time delay, and has an integral variable PI function and a predictive function part. Compared with the traditional control method, the design of anti delay pseudo PI controller is simpler and the parameters are easy to adjust.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属工业控制领域，特别涉及一种运用于巻烟厂的烟丝烘干过程的抗时滞伪比例 积分控制系统和方法。
技术介绍
工业过程中时常遇到时滞积分过程， 一些时间常数比较大的一阶过程也被看成积分系 统。关于时滞积分过程的研究已经展开，并且有很多控制算法被提出。这类过程在系统性 能和稳定性方面易受时滞的影响，难以得到满意的控制效果。近年来，许多学者对此做了 大量研究工作，并已取得了丰富的成果。对于积分加纯滞后系统，运用Smith预估器来控制该过程时，控制性能受模型失配的 影响严重,且在输入干扰存在时，系统输出存在余差。 一些文献对这一类系统提出了各式各 样的控制算法,但这些算法或多或少存在如下问题l)控制器设计比较复杂,现场实施困 难;2)控制器的整定比较烦琐，参数无直观的物理意义:3)对模型失配非常敏感，鲁棒性能 差;4)控制器输出振荡比较严重。为了限制稳定误差，很多改进的史密斯预估控制器通过 阶跃轨迹和干扰响应被设计出来。随着大量模型预测控制的成功，很多研究者运用这种策 略为不确定的积分系统设计控制器。 一种只需简单调整的为这种过程设计的双PI预测控 制器已经被用于生物温度控制。事实上，不管有多长的响应时间，由于积分系统阶跃响应 不能达到一个稳定值，积分系统是个不稳定系统。Watanabe和Ito提出了主控制器为PI或PID的预估补偿器方法。仿真显示主控 制器为PI时，闭环响应缓慢和抗干扰能力弱；主控制器为PID时，闭环响应和抗干扰能 力增强了，但控制器输出出现了明显的振荡。Astrom- Hang方法具有快速的设定点跟踪能力和良好的抗干扰特性，其主要考虑了如 何将设定点响应和干扰响应进行解耦，控制器的结构也比较简单。然而这种控制器参数比 较多，参数没有直观的物理意义，且没有合适的整定方法。同样，Zhang和Sun给出了 Astrom- Hang方法中的补偿器的最小阶形式，仅有两个参数,并提供了简单设置参数的方法， 系统的鲁棒稳定性和动态性能直接和此两个参数有关。这种控制器的缺陷为，补偿器的结 构较为复杂，阶次较高，不易实施.Mantausek和Micic对Astrom- Hang方法控制结构略加 改进,同时修改了补偿器的结构，将其简化为一常数。这种方法参数少，结构简单，参数整定 方便，可以直接根据过程参数进行设定，但抗干扰能力较差。为了提高抗干扰的响应速度,Mantausek和Mi2cic对补偿器作了进一步的修改，将其改进为一微分环节。但这种控 制器在模型失配的情况下，易造成振荡，甚至不稳定。Chien和Peng等提出了将设定值通 过PI环节的一种新型Smith预估控制器，这种控制器在模型匹配时和模型失配时均有较 好的动态性能和抗干扰能力，唯一的缺陷是在模型失配时,控制器输出发生振荡，不利于实 际工程应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种同时具有积分变量PI函数和预测函数部分，控 制器在补偿时间延迟的基础上引进的一种。跟传统的控 制方法比较，抗时滞伪PI控制器设计更简单，参数易调节。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种抗时滞伪比例积分控制系统， 包括连成回路的温度控制器和湿度控制器，所述的温度控制器和湿度控制器的回路中引入 温度控制环形回路，整个系统形成一个反馈补偿环。其中在温度与湿度的控制调节中，采 用了两级调节器，这两级调节器串在一起工作，各有其特殊任务。烟丝温度受到温度控制 器的控制，而温度控制器则受到湿度控制器的控制，湿度控制器为主调节器，温度控制器 为副调节器。串级系统在结构上形成两个闭环， 一个闭环在里面，起着"粗调"作用，一 个环在外面，完成"细调"任务。系统中还结合了一个前馈控制，前馈控制连接在外面的 环上，预测影响外环的主要扰动因素，根据对象的平衡条件，计算出适应该扰动的调节量， 然后进行控制。这就成为各种控制方法相结合的复合控制系统。在所述的湿度控制器和温度控制之间连接前馈控制器。一种抗时滞伪比例积分控制方法，包括下列步骤(1) 当干扰2作用于系统时，首先使得烟丝温度发生变化，湿度控制器输出不变， 烟丝温度的测量值发生变化，温度控制器起到调节作用，使得烟丝温度稳定；(2) 温度变化引起湿度变化，使得湿度控制器输出发生变化，由于湿度控制器的输 出直接是温度控制器给定，因此，温度控制器的给定和温度测量值同时变化， 加速了控制系统克服扰动的调节过程，使得主被控量即烟丝湿度恢复到设定值；(3) 当干扰1出现时，前馈控制器立即进行校正使得在它影响烟丝温度之前被抵消。 本专利技术的原理是(1)抗时滞伪PI控制器同时具有积分变量PI函数和预测函数部分，控制器在补偿 时间延迟的基础上引进，跟传统的控制方法比较，抗时滞伪PI控制器设计更简单，参数易调节。(2)定义组合积分系统是一种稳定的过程，它的传递函数由两个或者更多的带有 时滞的积分系统构成的，表达式如下所示<formula>formula see original document page 5</formula>本文G々)是一个没有积分项的稳定多项式，式子<formula>formula see original document page 5</formula>包含在每个组合积分系统定义项，与系统稳定有关，时间延迟&， ^必须满足等式<formula>formula see original document page 5</formula> ，等式保证了过程的连续性。这种过程不仅在左半平面以外有极点，而 且在左半平面以外还有零点。从过程分析，它有双积分和非最小相位的特点。 组合积分系统能够根据不同的特点被分成不同的类型。由纯时间延迟，组合积 分系统可以被分成组合积分时滞系统和组合积分非时滞系统。由系统的复杂性， 分为简单组合积分系统和复杂组合积分系统。由系统阶次，可分为低阶系统和 高阶系统。不失一般性，在工业和化工领域的实践中，五种组合积分过程的传递函数模型通 常如下所示<formula>formula see original document page 5</formula>假设过程传递函数是(3)， (2)恰好是(3)的一个特殊例子。假设期望的闭环过程传递函 数被给定如下<formula>formula see original document page 5</formula>r,。， 5。和;i是可以改变的参数。当A"时，开环系统和闭环系统的上升时间是相同的。如果A"，闭环系统的响应会比开环系统慢，Ad时相反。控制器的传递函数 如下<formula>formula see original document page 6</formula>假设<formula>formula see original document page 6</formula>得到<formula>formula see original document page 6</formula>控制器的输入输出关系是 t<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗时滞伪比例积分控制系统，包括连成回路的温度控制器和湿度控制器，其特征在于：所述的温度控制器和湿度控制器的回路中引入温度控制环形回路，整个系统形成一个反馈补偿环。其中在温度与湿度的控制调节中，采用了两级调节器，这两级调节器串在一起工作，各有其特殊任务。烟丝温度受到温度控制器的控制，而温度控制器则受到湿度控制器的控制，湿度控制器为主调节器，温度控制器为副调节器。串级系统在结构上形成两个闭环，一个闭环在里面，起着“粗调”作用，一个环在外面，完成“细调”任务。系统中还结合了一个前馈控制，前馈控制连接在外面的环上，预测影响外环的主要扰动因素，根据对象的平衡条件，计算出适应该扰动的调节量，然后进行控制。这就成为各种控制方法相结合的复合控制系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：任正云，罗平，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]