基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置，该闭环阶跃测试方法包括：基于数据经验的控制性能实时评估方法对目标控制系统进行性能评估，得到目标控制系统的当前性能评估值；其中，目标控制系统包括PID控制系统和APC控制系统；在确定当前性能评估值小于等于预设性能值的情况下，生成阶跃测试信号；其中，预设性能值是根据目标控制系统的历史基准性能值和第一预设系数进行确定的；利用阶跃测试信号，对目标控制系统进行阶跃测试。借助于上述技术方案，本申请实施例使得闭环测试技术方案完全自动化，实用性更强，应用范围也更广。应用范围也更广。应用范围也更广。

【技术实现步骤摘要】
基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置


[0001]本专利技术涉及流程工业PID及APC控制中的系统辨识领域，尤其涉及一种基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置。

技术介绍

[0002]比例积分微分（Proportional
‑
Integral
‑
Derivative，PID）控制器或者先进过程控制（Advanced Process Control，APC）器成功投用并调优后，在运行初期，控制器运行状态处在较为良好且稳定的状态，并能产生较大效益。
[0003]然而，由于装置工艺改进、阀门磨损和物料性质改变等原因，控制器的模型渐渐失配，未测量到的扰动增加，控制器性能会逐渐下降。例如，对于目标操纵变量（Manipulated Variable，MV）/被控变量（Controlled Variable，CV）对来说，在APC优化控制中，其曲线产生明显震荡，这就是由于模型已经逐渐不适应新工况产生的结果，造成效益下降。针对此现象，目前通常做法是在一段时间后（通常是控制器已无法继续投用，效益持续损失后）重新进行阶跃测试。
[0004]但是，上述方案有明显的缺点，即测试时间长、操作频次高、工作量大，并且由于性能降级时间长，经济效益损失也是巨大的。

技术实现思路

[0005]（一）要解决的技术问题鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置，其解决了现有技术中存在着的测试时间长、操作频次高和工作量大等技术问题。
[0006]（二）技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术实施例提供一种基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法，该闭环阶跃测试方法包括：基于数据经验的控制性能实时评估方法对目标控制系统进行性能评估，得到目标控制系统的当前性能评估值；其中，目标控制系统包括PID控制系统和APC控制系统；在确定当前性能评估值小于等于预设性能值的情况下，生成阶跃测试信号；其中，预设性能值是根据目标控制系统的历史基准性能值和第一预设系数进行确定的；利用阶跃测试信号，对目标控制系统进行阶跃测试。
[0007]在一个可能的实施例中，生成阶跃测试信号，包括：分别确定阶跃测试信号的幅值、信号类型和激励持续时间；其中，信号类型包括GBN信号和自定义阶跃信号；根据阶跃测试信号的幅值、信号类型和激励持续时间，生成阶跃测试信号。
[0008]在一个可能的实施例中，目标控制系统为PID控制系统，确定阶跃测试信号的幅值，包括：获取预设历史时间段内的目标控制系统的操纵变量；计算预设历史时间段内的操纵变量的平均值和标准差；将第二预设系数、平均值和标准差中的最大值确定为阶跃测试
信号的幅值。
[0009]在一个可能的实施例中，目标控制系统为APC控制系统，以及目标控制系统的控制器设置有被控变量安全测试区间，并且被控变量安全测试区间处于被控变量操作上下限区间内，确定阶跃测试信号的幅值，包括：获取目标控制系统的当前被控变量的测量值和被控变量安全测试区间的上下限值；利用目标控制系统的当前被控变量的测量值和被控变量安全测试区间的上下限值，确定阶跃测试信号的幅值。
[0010]在一个可能的实施例中，确定阶跃测试信号的激励持续时间，包括：在目标控制系统的输入信号的数目小于等于预设数目并且目标控制系统的信噪比小于等于预设信噪比的情况下，阶跃测试信号的持续时长为5到8倍的过程响应时间；其中，过程响应时间表示被目标控制系统控制的对象由初始状态进入到稳定工作状态的时间；以及，在目标控制系统的输入信号的数目大于等于预设数目并且目标控制系统的信噪比大于预设信噪比的情况下，阶跃测试信号的持续时长为8到18倍的过程响应时间。
[0011]在一个可能的实施例中，信号类型为GBN信号，GBN信号的平均转换时间为1/3倍的98%过程响应时间，并且GBN信号的最短阶跃时长为0.3倍的过程响应时间。
[0012]在一个可能的实施例中，目标控制系统包括预测模型，利用阶跃测试信号，对目标控制系统进行阶跃测试，包括：获取预测模型的增益、阶跃测试信号在当前时刻的幅值和目标控制系统的被控变量的开环稳态值；计算预测模型的增益和阶跃测试信号在当前时刻的幅值的乘积值，并计算乘积值和目标控制系统的被控变量的开环稳态值的和值；在确定和值超过被控变量安全测试区间的上下限的情况下，则将下一时刻的阶跃测试信号的幅值减小一半。
[0013]在一个可能的实施例中，利用阶跃测试信号，对目标控制系统进行阶跃测试，包括：获取目标控制系统在当前时刻的被控变量；在确定目标控制系统在当前时刻的被控变量超过被控变量安全测试区间的上下限的情况下，则将下一时刻的阶跃测试信号的方向变为与当前时刻的阶跃测试信号的方向相反的方向。
[0014]在一个可能的实施例中，利用阶跃测试信号，对目标控制系统进行阶跃测试，包括：获取目标控制系统在当前时刻的被控变量；在确定目标控制系统在当前时刻的被控变量超过被控变量安全测试区间的上下限的情况下，则停止阶跃测试，以使目标控制系统将被控变量拉回被控变量安全测试区间内。
[0015]第二方面，本专利技术实施例提供一种测试装置，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如第一方面任一所述的基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法。
[0016]（三）有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法和测试装置，以基于数据经验的实时控制性能评估方法作为闭环阶跃测试的触发机制，以及在检测到目标控制系统的控制性能下降到一定阈值之后，自动开启闭环阶跃测试功能，进行系统的闭环测试和数据采集工作，实现了阶跃测试的自主化操作，以便后续更精确的模型辨识和更稳定的系统控制。以及，本申请将系统控制性能评估与闭环阶跃测试结合起来，使得闭环测试技术方案完全自动化，实用性更强，应用范围也更广。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0018]图1示出了本申请实施例提供的一种应用场景的示意图；图2示出了本申请实施例提供的一种基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法的流程图；图3A示出了本申请实施例提供的一种用户自定义生成的初始阶跃信号的示意图；图3B示出了本申请实施例提供的一种信号发生器生成的初始阶跃信号的示意图；图4A示出了本申请实施例提供的一种在点控制情况下CV安全测试区间的示意图；图4B示出了本申请实施例提供的一种在区间控制情况下CV安全测试区间的示意图；图5A示出了本申请实施例提供的一种MV的阶跃变化的示意图；图5B示出了本申请实施例提供的一种CV的阶跃变化的示意图图6A和图6B示出了本申请实施例提供的一种预测保护机制的示意图；图7A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于实时控制性能评估的闭环阶跃测试方法，其特征在于，包括：基于数据经验的控制性能实时评估方法对目标控制系统进行性能评估，得到所述目标控制系统的当前性能评估值；其中，所述目标控制系统包括PID控制系统和APC控制系统；在确定当前性能评估值小于等于预设性能值的情况下，生成阶跃测试信号；其中，所述预设性能值是根据所述目标控制系统的历史基准性能值和第一预设系数进行确定的；利用所述阶跃测试信号，对所述目标控制系统进行阶跃测试。2.根据权利要求1所述的闭环阶跃测试方法，其特征在于，所述生成阶跃测试信号，包括：分别确定所述阶跃测试信号的幅值、信号类型和激励持续时间；其中，所述信号类型包括GBN信号和自定义阶跃信号；根据所述阶跃测试信号的幅值、信号类型和激励持续时间，生成所述阶跃测试信号。3.根据权利要求2所述的闭环阶跃测试方法，其特征在于，所述目标控制系统为所述PID控制系统，确定所述阶跃测试信号的幅值，包括：获取预设历史时间段内的所述目标控制系统的操纵变量；计算所述预设历史时间段内的操纵变量的平均值和标准差；将第二预设系数、所述平均值和所述标准差中的最大值确定为所述阶跃测试信号的幅值。4.根据权利要求2所述的闭环阶跃测试方法，其特征在于，所述目标控制系统为所述APC控制系统，以及所述目标控制系统的控制器设置有被控变量安全测试区间，并且所述被控变量安全测试区间处于被控变量操作上下限区间内，确定所述阶跃测试信号的幅值，包括：获取所述目标控制系统的当前被控变量的测量值和所述被控变量安全测试区间的上下限值；利用所述目标控制系统的当前被控变量的测量值和所述被控变量安全测试区间的上下限值，确定所述阶跃测试信号的幅值。5.根据权利要求2所述的闭环阶跃测试方法，其特征在于，确定所述阶跃测试信号的激励持续时间，包括：在所述目标控制系统的输入信号的数目小于等于预设数目并且所述目标控制系统的信噪比小于等于预设信噪比的情况下，所述阶跃测试信号的持续时长为5到8倍的过程响应时间；其中，所述过程响应时间表示被所述目标控制系统控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁美晨，王皖慧，王家栋，
申请(专利权)人：浙江中控技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：