本发明专利技术公开一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方法，包括以下步骤：根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际值历史数据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对象的数学模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化；根据被调量在当前时刻k的变化以及被调量在当前时刻k的设定值和实际值，确定系统所处的状态，并依据预设的变参数规则，相应的增大或减小控制器参数和控制器增益，自适应调整控制器的输出以控制执行机构动作，其中，系统所处的状态是指系统趋于平稳还是趋于震荡发散；令k＝k+1，重复上述步骤，形成闭环循环操作，将被调量维持在一个较为稳定的范围内。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业控制领域，具体而言，涉及一种基于改进型Smith预估补偿器的 变参数自适应控制方法。
技术介绍
大迟延、大惯性、模型时变是工业生产过程中普遍存在的现象，由于这种现象的存 在，往往会导致调节作用不及时，控制效果需要很长一段时间才能够反映到系统的输出上， 这就势必造成调节时间过长或引起过调，导致系统震荡。然而，工业生产过程中又需要将诸 如工质的温度、压力、流量等参数长时间的控制在一个较为平稳的范围内，否则轻则对生产 设备造成损害，重则威胁到生产安全甚至员工的生命安全。 现有技术中，工业上普遍采用的PID控制策略，图1为工业上普遍采用的PID控制 策略的原理示意图；PID控制策略以其适应性强、鲁棒性强等特点，在大多数工业对象的控 制中都能够得到较为满意的效果。但是，由于许多工业被控对象存在着大迟延、大惯性、模 型时变等特性，因此用一组事先整定好的PID参数实施控制难以达到良好的控制效果，特 别是当被控对象的数学模型变化超出一定的范围时，系统控制品质会明显降低，甚至发散。 因此，选取一种更加合理的控制策略，来克服工业生产过程中普遍存在的大迟延、 大惯性、模型时变现象，将被控对象的运行参数控制在一个较为平稳的范围内，一直是工业 控制领域中一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供，用以达 到提高现有工业控制效果、使被控对象的运行参数更加平稳可靠、提高工业自动化程度、减 少工人劳动强度、保证设备安全稳定运行的目的。 为达到上述目的，本专利技术提供了一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适 应控制方法，包括以下步骤： 根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际值历史数 据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对象的数学 模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化； 根据被调量在当前时刻k的变化以及被调量在当前时刻k的设定值和实际值，确 定系统所处的状态，并依据预设的变参数规则，相应的增大或减小控制器参数和控制器增 益，自适应调整控制器的输出以控制执行机构动作，其中，系统所处的状态是指系统趋于平 稳还是趋于震荡发散； 令k=k+1，，重复上述步骤，形成闭环循环操作，将被调量维持在一个较为稳定的 范围内。 进一步地，根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际 值历史数据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对 象的数学模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化包括： 步骤1 :采集当前时刻之前一段时间内的被调量的实际值历史数据￥1<= 和控制器的输出值历史数据 UN= ，其中YjP UN均为一个按时间顺序排列的单行n+1列的数组，其中，假设k为当前 时亥1J，k-1，…，k-n，k-n-1为一组间隔相同采样步长的采样时亥I」，n为自然数； 步骤2 :选取被控对象的数学模型为： A(z_1)y(k) = B (z_1) u (k) + e (k) 其中，A(z-1) = 1+8^+…+anz-n，为首一多项式， B (z-1) = b(l+b1z-1+...+bnz-n， e (k)为噪声模型， 一般情况下，工业被控对象的数学模型均可由一阶惯性环节加纯迟延来描述，经离散化后，将被控对象的数学模型简化为： y(k) =-a^ (k~l)+b:u (k-t-1) + e (k~l) 其中，T为纯迟延时间，通过对历史数据进行分析后，给出一个T的初始值Tq; 步骤3 :运用递推最小二乘法对_&1和bi进行参数估计，其中-a :和bi的初始值分 别为a。和b ^，待达到收敛条件，输出-a^估计值4和h的估计值^，若 执行到设定的最大步数后仍未能达到收敛条件，则令4和^保持前一个计算结果不变； 步骤4 :利用最小方差法、积分法或互相关函数法对迟延时间t进行参数估计，计 算得到T的估计值T %返回步骤3,同时用。替代步骤2中的初始值T ^，用于下一个周 期的运算； 步骤5:由计算得到的参数估计值4、$和1#修正被控对象的数学估计模型 G'(s)，并由此计算出当前时刻的最优参数估计/(k)和。时刻之前的y#(k-T，； 步骤 6 :计算 Ay*(k) = y*(k)-y*(k_〇 ; 步骤7 :采集被调量的实际值y(k)，由此计算yjk) = y(k) +AyYk)。 进一步地，根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际 值历史数据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对 象的数学模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化包括：步骤8 :采集被调量的设定值r (k)，计算e (k) = r (k) 1 (k); 步骤 9 :计算 A e (k) = e (k) _e (k_l)，计算 A 2e (k) = A e (k) - A e (k_l);步骤10 :根据e (k)、A e (k)和A 2e (k)的大小进行分析，确定系统所处的状态，并 依据设定的变参数规则，相应的增大或减小控制器参数Tv和控制器增益K p，以自适应的调 整控制器输出u(k); 1；和Kp的表达式记为： Tv (k) = Tv (k-1) +L ? sign 其中，L为控制器递增步长，c和P均为常数； 步骤11 :计算变参数自适应控制器的输出增量Au(k+1): Au(k) =I*Kp(k) ? , 其中，a "和|均为可自由配置的常数； 步骤12 :计算变参数自适应控制器的输出： u (k) = u (k_l) + A u (k) 〇 进一步地，利用最小方差法对迟延时间t进行参数估计的数学表达式为： Y1Xn= T Y*1Xn= T F = Y-Y* 0= FT ? F 其中，化和n 2分别为n所能取到的最小值和最大值，且n Zrv j为能够令0取得最 小值时的n的取值。 进一步地，利用积分法对迟延时间t进行参数估计的数学表达式为： Y1Xn= T Y*1Xn= T F = Y-Y* 进一步地，利用互相关函数法对迟延时间t进行参数估计的数学表达式为： Y1Xn= T Y*1Xn= T F = Y*T ? Y 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 图1为工业上普遍采用的PID控制策略的原理示意图； 图2为本专利技术一个实施例的基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方 法流程图； 图3为本专利技术中所涉及的控制策略的整体结构示意图； 图4为本专利技术一个实施例的改进型Smith预估补偿器的算法流程图； 图5为本专利技术一个实施例的变参数自适应控制器的算法流程图； 图6为本专利技术应用前的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制效果图； 图7为本专利技术应用后的循环流化床锅炉主蒸汽压力控制效果对比图。【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显当前第1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于改进型Smith预估补偿器的变参数自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据所采集的工业过程中当前时刻k之前一段时间内的被调量的实际值历史数据和控制器的输出值历史数据，运用递推最小二乘法对Smith预估器中的被控对象的数学模型进行在线反馈修正，预估被调量在当前时刻k的变化；根据被调量在当前时刻k的变化以及被调量在当前时刻k的设定值和实际值，确定系统所处的状态，并依据预设的变参数规则，相应的增大或减小控制器参数和控制器增益，自适应调整控制器的输出以控制执行机构动作，其中，系统所处的状态是指系统趋于平稳还是趋于震荡发散；令k＝k+1，，重复上述步骤，形成闭环循环操作，将被调量维持在一个较为稳定的范围内。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘铮，张坤，丁满，宋宪瑞，
申请(专利权)人：惠德时代能源科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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