基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法技术

本发明专利技术公开基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法，步骤1：将该方法应用的串级低幂自抗扰控制器定义为两个低幂自抗扰控制器串联组成；步骤2：由温度传感器实时获取目标元件温度值T

【技术实现步骤摘要】
基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法


[0001]本专利技术属于温度控制
，具体涉及基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法。

技术介绍

[0002]在工业领域及日常生活中，温度与我们息息相关，而温度控制是工业生产领域中控制温度恒定的重要手段。它的控制精度对工业生产系统的性能和产品质量有着重要的影响，由测温装置热变形引起的超精密加工误差可达到总误差的40％～70％。目前，温度测控领域常用于光学器件、医疗、航空航天、潜艇检测等设施中。随着对温度控制的精度要求的提高，普通的温度控制已经无法满足工业生产的需要，存在精度差、调节慢等问题，因此，提高温度控制水平对于工业生产生活具有重要意义。
[0003]温度控制的关键在于测温和控温两个方面，测量温度的技术已经比较成熟，而温控系统由于其自身控制对象复杂性，在温度控制方面仍然存在着很多没有解决的问题，如何更好地提高设备的控制精度和使用性能，是目前温度控制领域的一个重要课题。
[0004]温度控制算法是温度控制的核心部分。电加热升温系统的数学模型具有惯性大、超调量高、滞后时间长等特点，易受热负荷及环境工况的影响且控制过程中会伴有非线性特性。传统PID控制对被控对象的参数变化敏感，鲁棒性差，控制精度差，无法对控制效果进行预判，达不到良好的控制效果。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法，该控制方法无需被控对象的具体模型与扰动的作用规律信息，抗扰动能力强，通用性高，鲁棒性强且参数易整定，实现简单高效，可有效改善多种情况下的温度控制效果，提高温度动态调节品质。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1：将该方法应用的串级低幂自抗扰控制器定义为两个低幂自抗扰控制器串联组成，规定其中第一低幂自抗扰控制器作为目标元件温度外环主控制器，第二低幂自抗扰控制器作为加热器温度内环副控制器；
[0009]步骤2：由温度传感器实时获取目标元件当前温度值T
t
作为目标元件温度外环主控制器的控制反馈值，由温度传感器实时获取加热器当前温度值T
h
作为加热器温度内环副控制器的控制反馈值；
[0010]步骤3：将人工设定温度给定值T
set
与目标元件当前温度值T
t
共同送入目标元件温度外环主控制器，通过目标元件温度外环主控制器解算获得加热器温度给定值T
h*
；
[0011]步骤4：将加热器温度给定值T
h*
及加热器当前温度值T
h
共同送入内环副控制器，通过加热器温度内环副控制器解算加热器功率值P，令加热器温度实时、快速跟踪T
h*
；
[0012]步骤5：加热器温度达到T
h*
时，加热器通过传热等方式实时调节目标元件温度；
[0013]步骤6：重复步骤2～步骤5，实现目标元件温度的动态快速、精确闭环调节。
[0014]进一步地，目标元件温度外环主控制器由第一低幂扩张状态观测器LPESO1与第一线性状态误差反馈控制器LSEF1组成。
[0015]进一步地，目标元件温度外环主控制器的控制率为：
[0016][0017]其中，e1为利用第一低幂扩张状态观测器LPESO1获得目标元件当前温度值T
t
的估计值ζ
1,1
与人工设定温度给定值T
set
的偏差，为加热器温度给定值，n为目标元件温度系统阶数，ζ
i,1
为利用第一低幂扩张状态观测器LPESO1获得的目标元件当前温度值T
t
的各阶状态变量的估计值，i＝1时，ζ
1,1
表示目标元件当前温度值T
t
的估计值，i＝2～n时，ζ
i,1
表示目标元件当前温度值T
t
的第i
‑
1阶微分的估计值，i∈[1,n]，且i为整数，ζ
n,2
为扰动估计值，b1为外环主控制器增益，α1、α2、α3……
α
n
为外环主控制器系数，由下式确定：
[0018][0019]其中，ω
c1
为外环主控制器控制带宽。
[0020]进一步地，ζ
1,1
、ζ
2,1
……
ζ
n,1
、ζ
n,2
由下式给出：
[0021][0022]其中，ω
o1
为第一低幂扩张状态观测器LPESO1观测带宽，e
2,1
、e
2,2
……
e
2,n
由下式确定：
[0023][0024]进一步地，加热器温度内环副控制器由第二低幂扩张状态观测器LPESO2与第二线性状态误差反馈控制器LSEF2组成。
[0025]进一步地，加热器温度内环副控制器的控制率为：
[0026][0027]其中，e3为利用第二低幂扩张状态观测器LPESO2获得加热器当前温度值T
h
的估计值与加热器温度给定值的偏差，P为加热器功率，m为加热器温度系统阶数，为利用第二低幂扩张状态观测器LPESO2获得的加热器当前温度值T
h
的各阶状态变量估计值，j＝1时，表示加热器当前温度值T
h
的估计值，j＝2～m时，表示加热器当前温度值T
h
的第j
‑
1阶微分的估计值，j∈[1,m]，且j为整数，为扰动估计值，b2为内环副控制器增益，β1、β2、β3……
β
m
为内环副控制器系数，由下式确定：
[0028][0029]其中，ω
c2
为内环副控制器控制带宽。
[0030]进一步地，由下式给出：
[0031][0032]其中，ω
o2
为第二低幂扩张状态观测器LPESO2观测带宽，e
4,1
、e
4,2
……
e
4,m
由下式确定：
[0033][0034]有益效果：
[0035]与现有技术相比，本专利技术通过低幂扩张状态观测器处理原始信号能够有效消除原始信号中的噪声，并能够获得原始信号中包含得高阶状态变量，结合线性状态误差反馈控制器，充分利用了控制器反馈值中的信息，控制过程中不仅考虑反馈值与设定值的误差，也充分考虑了反馈值的变化趋势，改善了控制精度与抗扰动能力，提高了动态调节品质。
[0036]低幂自抗扰控制具有精度高、调节快、鲁棒性好等优点，并且对于高频量测噪声有着更好的抑制能力，可有效弥补传统PID控制的不足。
[0037]与单回路控制系统相比，串级控制系统具有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于串级低幂自抗扰控制的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：将该方法应用的串级低幂自抗扰控制器定义为两个低幂自抗扰控制器串联组成，规定其中第一低幂自抗扰控制器作为目标元件温度外环主控制器，第二低幂自抗扰控制器作为加热器温度内环副控制器；步骤2：由温度传感器实时获取目标元件当前温度值T
t
作为目标元件温度外环主控制器的控制反馈值，由温度传感器实时获取加热器当前温度值T
h
作为加热器温度内环副控制器的控制反馈值；步骤3：将人工设定温度给定值T
set
与目标元件当前温度值T
t
共同送入目标元件温度外环主控制器，通过目标元件温度外环主控制器解算获得加热器温度给定值T
h*
；步骤4：将加热器温度给定值T
h*
及加热器当前温度值T
h
共同送入内环副控制器，通过加热器温度内环副控制器解算加热器功率值P，令加热器温度实时、快速跟踪T
h*
；步骤5：加热器温度达到T
h*
时，加热器通过传热方式实时调节目标元件温度；步骤6：重复步骤2～步骤5，实现目标元件温度的动态快速、精确闭环调节。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，目标元件温度外环主控制器由第一低幂扩张状态观测器LPESO1与第一线性状态误差反馈控制器LSEF1组成；目标元件温度外环主控制器的控制率为：其中，e1为利用第一低幂扩张状态观测器LPESO1获得目标元件当前温度值T
t
的估计值ζ
1,1
与人工设定温度给定值T
set
的偏差，为加热器温度给定值，n为目标元件温度系统阶数，ζ
i,1
为利用第一低幂扩张状态观测器LPESO1获得的目标元件当前温度值T
t
的各阶状态变量的估计值，i＝1时，ζ
1,1
表示目标元件当前温度值T
t
的估计值，i＝2～n时，ζ
i,1
表示目标元件当前温度值T
t
的第i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：董彦钊，周延，崔洪帅，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：