工业不稳定时滞过程模型在线检测的方法技术

一种检测技术领域的工业不稳定时滞过程模型在线检测的方法。本发明专利技术在继电特性作用下，整个闭环系统进入振荡过程，在此过程中，分别记录下继电器和对象输出数组，并保存在随机存取存储器中，通过数据分析，判断对象输出的波形是否呈现稳定振荡的极限环；如果是极限环，将多个振荡周期内的关键量测信息存入工控机实时数据库后，解析计算出系统模型参数；如果对象输出的波形不是极限环，闭合ＰＤ控制器内环的开关Ｓ，将ＰＤ反馈环节切入继电反馈闭环系统，通过调试ＰＤ控制器参数使系统输出呈稳定振荡的极限环，随后根据振荡周期内的关键信息，解析计算出系统模型参数。本发明专利技术能有效镇定并检测时滞与时间常数的比值小于２的大时滞不稳定对象。

Online detection method of industrial unstable time delay process model

Online detection method of industrial unstable time-delay process model in detection technology field. The present invention under relay characteristic, the closed-loop system into the oscillation process, in this process, were recorded and output relay array, and stored in the random access memory, through data analysis, determine the limit cycle of the output waveform is the object of stable oscillation; if it is a limit cycle, the key parameters of multiple oscillation period measurement information stored in the computer database, calculating the model parameters; if the object output waveform is not the limit switch is closed ring, the inner ring of S PD controller, the PD feedback loop starting relay feedback closed-loop system, through debugging the parameters of PD controller makes the output of the system is stable limit cycle oscillation, then according to the key the information during the oscillation cycle, calculating parameters of system model. The invention can effectively stabilize and detect unstable objects with large time delay when the ratio of time delay and time constant is less than 2.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测
的方法，具体是一种。
技术介绍
化工过程中的不稳定对象是普遍存在的，如汽包锅炉、化学连续搅拌反应釜和能源工业的热反应堆等。由于具有不稳定特性的过程，尤其是具有明显时滞的不稳定过程，对于负载干扰比较敏感，容易引起过程输出的较大波动，所以较难对其进行检测和控制。工业实践表明控制器的自整定是一种非常必要和有用的功能。所谓自整定，是指控制器的参数可根据用户的需要或一个外部信号的要求自动整定，用户可以通过按动一个按钮或给控制器发送一个命令来启动自整定过程。将过程动态性能的检测和控制器参数的计算方法结合起来就可实现控制系统的自整定，因此，检测出过程模型是实现控制器自整定的基础。较常见的模型检测方法是通过暂态响应实验、参数估计及频域响应实验来获得过程模型。1984年，国际著名过程控制专家strm，K.J.提出了一种新颖的PID(比例积分微分)控制器自整定方法——继电反馈自整定控制。该技术的实质是，通过构造一个非线性闭环系统来获得过程对象的临界点频域信息，从而可以方便地检测出过程模型，并基于此设计PID控制器。该方法向人们展示了继电反馈技术的诸多优越特性通过实施继电反馈实验可以自动获取我们感兴趣的某个重要频率的过程响应特性，而这个信息足以用来整定PID控制器；整个模型检测和控制器整定的过程都是在闭环中进行的，系统仍然运行在工作点附近，这样既不影响系统的正常运行，又能够克服噪声和扰动对系统参数整定的影响。这些优点使得继电反馈技术近几年来被广泛应用到工业过程控制领域。许多改进和扩展的继电反馈方法相继被提出来。经对现有技术的文献检索发现，Majhi，S.在文献Online tuning ofcontrollers for an unstable FOPDT process(一阶不稳定时滞对象的控制器在线整定，发表在IEE Proceedings--Control Theory & Application，IEE学报一控制理论与应用，2000，147(4)，2049-2055.)中引入一个比例控制器反馈环节先镇定不稳定过程，随后再进行继电反馈实验，从而可以有效检测出时滞与时间常数之比小于1的一阶不稳定时滞对象模型。但是，这种方法不仅需要事先知道对象的静态增益，而且在有干扰噪声的情况下模型检测精度很差。如何设计继电反馈实验快速有效地在线获得一阶不稳定时滞对象的三个模型参数，如何拓展时滞与时间常数之比的现有上限0.693，如何提高模型检测的精度，如何克服外界干扰和模型失配问题，从而缓解模型误差带给系统的控制难题一直都没有得到彻底的解决。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对工业过程中常见的不稳定过程控制系统中现有模型检测技术的不足，基于继电反馈方法提出一种。本专利技术采用工业过程中常用的一阶加纯滞后模型G(s)=Ke-θsτs-1,]]>其中三个待检测参数K是系统静态增益；θ是系统时滞；τ是系统时间常数。通过引入PD控制器反馈环节镇定不稳定对象，从而能有效检测θ/τ＜2的所有不稳定对象，根据对周期振荡极限环的时域和频域分析得到准确解析表达式，使得单次测试就能同时获得模型的三个参数K、θ和τ，进而为设计不稳定对象PID控制器提供依据。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术在现有的电子控制设备和工控计算机中直接运行和实施，在线检测出不稳定过程模型。本专利技术分为三个阶段第一阶段，在继电特性作用下，整个闭环系统进入振荡过程。在此过程中，分别记录下继电器和对象输出数组，并保存在随机存取存储器中，通过简单的数据分析，判断对象输出的波形是否呈现稳定振荡的极限环。第二阶段，如果是极限环，那么将多个振荡周期内的关键量测信息存入工控机实时数据库后，解析检测出系统模型参数。第三阶段，如果对象输出的波形不是极限环，那么闭合PD(比例微分)控制器内环的开关S，将PD反馈环节切入继电反馈闭环系统。通过快速调试PD控制器参数使系统输出呈稳定振荡的极限环，随后类似地根据振荡周期内的关键信息(即周期和幅值)，解析计算出系统模型参数，根据参数实现模型的在线检测。本专利技术在具体实现时，首先通过操作台控制系统界面选择“自整定状态”，系统进入自整定过程后，工程人员不需要手动地根据经验来设定和调试控制器参数，系统能自动完成模型检测和控制器整定。上位机控制输出控制台控制扳键使系统首先运行在“模型检测阶段”，此时，继电反馈环节被切换入闭环系统。本专利技术所提出的模型检测方法具体实施步骤如下步骤一设置偏置继电器输出值μ0+μ，μ0-μ和滞环ε，将已知参数送到随机存取存储器中。步骤二将PD控制器内环的开关S保持在断开状态，进行继电反馈测试。步骤三上位机记录输入输出函数u和y。步骤四判断过程输出量y是否呈现稳定振荡极限环。如果是，实施步骤五。如果否，跳转至步骤七。步骤五读取多个稳定振荡极限环周期参数的平均值，即周期T，幅值Au，Ad，将各参数送到随机存取存储器中。步骤六解析计算出系统模型的三个参数，具体步骤如下A)读取内存中的μ0，μ，ε，Au，Ad，代入(1)式，计算待检测的静态增益K。K=ϵ(Ad+Au)2μ0(μ0-μ2μ0Au-μ0+μ2μ0Ad-ϵ)---(1)]]>B)将K代入(2)式，读取内存中的T，计算待检测的时间常数τ。τ=T-1---(2)]]>C)将τ代入(3)式，计算待检测的时滞θ。θ=τln---(3)]]> 步骤七闭合PD控制器内环的开关S，即PD反馈环节被切换入继电反馈闭环系统。读取上位机中记录的输入输出函数u和y，测量斜率R1和R2，系统输出转折点的值A0，根据(4)式计算待检测的静态增益K，存入随机存取存储器中。K=-AR1+ϵR2(μ0+μ)R1+(μ-μ0)R2---(4)]]>步骤八将PD控制器的比例环节参数设为Kf=1K]]>，微分环节参数设为Td=μ0-μR1,]]>存入随机存取存储器中。步骤九将继电器偏置电平μ0设为0，送到随机存取存储器中。采用非偏继电器进行继电反馈测试。步骤十此时过程输出量y呈现对称的稳定振荡极限环，上位机更新记录输入输出函数u和y。步骤十一读取多个对称的稳定振荡极限环周期参数的平均值，即周期T，幅值A，将各参数送到随机存取存储器中。步骤十二解析计算出系统模型的参数，具体步骤如下A)读取内存中的μ，ε，T，A，K，Kf，Td，代入(5)式，计算待检测的时间常数τ。τ=T2πK2-1---(5)]]>B)将τ代入(6)式，计算待检测的时滞θ。θ=T2π---(6)]]>在以上各式中，K——对象静态增益，τ——对象时间常数，θ——对象时滞，μ——继电器的输出电平，μ0——继电器输出电平偏置，ε——继电器的滞环， T——系统输出极限环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业不稳定时滞过程模型在线检测的方法，其特征在于，在电子控制设备和工控计算机中直接运行和实施，在线检测出不稳定过程模型，方法分为三个阶段：第一阶段，在继电特性作用下，整个闭环系统进入振荡过程，在此过程中，分别记录下继电器和对象输 出数组，并保存在随机存取存储器中，通过数据分析，判断对象输出的波形是否呈现稳定振荡的极限环；第二阶段，如果是极限环，那么将多个振荡周期内的关键量测信息存入工控机实时数据库后，解析计算出系统模型参数；第三阶段，如果对象输出的波 形不是极限环，那么闭合ＰＤ控制器内环的开关Ｓ，将ＰＤ反馈环节切入继电反馈闭环系统，通过调试ＰＤ控制器参数使系统输出呈稳定振荡的极限环，随后相同地根据振荡周期内的周期和幅值信息，解析计算出系统模型参数，从而实时检测出过程模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，顾诞英，王萍，蔡云泽，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]