一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法技术

本发明专利技术一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法，属于气体检测领域；包括以下步骤：S1：建立多通池温度控制系统模型；S2：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器，对多通池温度反馈回路进行控制；S3:设计基于多扰动测量的扰动补偿器，增设内外扰动系统温度测量点，对内外扰动系统的扰动估计，通过多扰动预补偿环节的补偿控制率，对多扰动进行综合评价；S4:将多扰动预补偿环节的补偿控制率和自抗扰控制器反馈控制率结合，计算多通池温度控制器输出。本发明专利技术与传统方法相比，具有更高的扰动抑制能力和控制效率，更为快速地对扰动进行抑制，对温控系统抗扰能力有明显的进一步提升，为高精度激光光谱气体检测技术的应用提供支持。支持。支持。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法


[0001]本专利技术属于气体检测领域，尤其涉及一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法。

技术介绍

[0002]随着激光光谱传感技术的发展，红外气体测量光谱技术由于其响应快速、结果准确、高灵敏度等优点被广泛应用在多个领域。在地球化学领域，地下逸出气体携带着大量地质信息，特别是在地震的监测预警上，气体浓度和气体同位素丰度测量发挥重要的作用。然而面对地球化学监测的应用领域，野外的气体监测环境温度具有极大的不确定性，红外气体检测结果会受到温度波动从而影响测量结果。由于温度的波动一方面会直接影响气体吸收谱线的强度，从而对气体浓度和同位素丰度造成较大影响，另一方面会造成检测系统的光学核心部件多通池发生不规律形变影响光路，从而间接影响检测结果。对多通池进行高稳定性的温度控制是一种直接的解决手段。
[0003]多通池主要由气体样品池和钢制支撑结构组成，导致多通池温控系统具有大迟滞、大惯性的特点。在使用多通池部件进行气体检测过程中，多通池温度不仅受外界环境温度的变化影响，而且在更换样品阶段还受到待检测气体的温度影响，目前对于多通池的温度控制系统多采用比例
‑
积分
‑
微分(Proportional
‑
Integral
‑
Derivative,PID)控制算法，主要是由于其控制器结构简单易于实现。然而考虑野外环境温度变化复杂性影响和气体检测对于温度控制的高稳定性要求，对多通池温度控制的稳定性和抗干扰能力提出了更高的要求，传统的PID控制算法难以实现。
[0004]自抗扰控制算法(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)作为一种通过补偿不确定因素的控制技术，相比于传统PID控制算法在稳定性和抗干扰性能上有着较大的提升，同时由于其不依赖于精准的控制模型，使其在工程应用中拥有广泛应用的潜力。然而由于带宽的限制，为减小扩张状态观测器对干扰的估计压力，进一步提高控制的抗扰性能和快速性，现有文献中，提出将自抗扰反馈控制算法与前馈方法结合，大多通过经验或者理论推导求取前馈回路的传递函数，在迟滞大、非线性强的多通池温度控制系统中很难适用，如何求取补偿扰动值和设计前馈补偿器的问题尚未给出解决方案，同时面对多通池温控过程中的多源扰动如何进一步抵消，也尚未有详细设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法，以解决多通池温度控制系统大迟滞、大惯性的的控制难题，以及多通池面向复杂环境温度变化和气体样品温度变化时的温度控制抗干扰能力不足的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法的具体技术方案如下：
[0007]一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法，包括以下步骤，且以下步
骤顺次进行：
[0008]S1：建立多通池温度控制系统模型；
[0009]S2：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器，对多通池温度反馈回路进行控制；
[0010]S3:设计基于多扰动测量的扰动补偿器，增设内外扰动系统温度测量点，对内外扰动系统的扰动估计，通过多扰动预补偿环节的补偿控制率，对多扰动进行综合评价；
[0011]S4:将多扰动预补偿环节的补偿控制率和自抗扰控制器反馈控制率结合，计算多通池温度控制器输出。
[0012]进一步，所述步骤S2包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
[0013]S2.1：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器的扩张状态观测器如下：
[0014][0015]使用的非线性函数fal如下：
[0016][0017]其中，z
i
(i＝1,2,3
…
,n)是多通池温控系统的估计状态变量，y是多通池实时温度值，α
i
(i＝1,2,3
…
,n)和δ
i
(i＝1,2,3
…
,n)为非线性函数调节参数，β
0i
(i＝1,2,3
…
,n)是增益调节因子，b为补偿因子,u0为自抗扰控制器输出。
[0018]S2.2：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器的反馈控制器，选用非线性反馈控制率如下：
[0019][0020]其中，v
r
是多通池温度控制的目标温度，β
j
(j＝1,2,3
…
,n)和b为增益调节因子，θ
j
和λ
j
(j＝1,2,3
…
,n)为非线性函数调节参数。
[0021]进一步，所述步骤S3包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：
[0022]S3.1：定义外部环境温度变化对于多通池温度控制扰动为外扰动，进样的气体样品温度变化对于多通池温度控制扰动为内扰动，对于外扰动和内扰动系统描述分别如下：
[0023][0024][0025]其中，K
d1
为外扰动系统增益系数，T1为外扰动系统惯性系数，τ
d1
为外扰动系统迟滞系数，K
d2
为内扰动系统增益系数，T2为内扰动系统惯性系数，τ
d2
为内扰动系统迟滞系数。
[0026]S3.2：设计外扰动系统的外扰动估计器，在多通池温控系统外部设置温度传感器，对温控系统外界环境温度进行实时测量。对于外扰动系统，将温控系统外界温度视为系统输入，多通池温度视为系统输出，利用一阶非线性扩张状态观测器对系统外扰动进行扰动估计，建立扩张状态观测器如下：
[0027][0028]其中，z
d11
和z
d12
是外扰动系统的估计状态变量，v
Td1
是测量的外扰动系统外界实时温度值,α
d11
、α
d12
、δ
d11
和δ
d12
为非线性函数调节参数，β
d11
、β
d12
和b
d1
是增益调节因子。
[0029]S3.3：设计内扰动系统的内扰动估计器，在多通池气体进样气路设置温度传感器，对进样待测的气体样品温度进行实时测量。对于内扰动系统，将待测的气体样品温度视为系统输入，多通池温度视为系统输出，利用一阶非线性扩张状态观测器对系统内扰动进行扰动估计，建立扩张状态观测器如下：
[0030][0031]其中，z
d21
和z
d22
是内扰动系统的估计状态变量，v
Td2
是测量的内扰动系统待测进样气体的实时温度值,α
d21
、α
d22
、δ
d21
和δ
d22
为非线性函数调节参数，β
d21
、β
d22<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：S1：建立多通池温度控制系统模型；S2：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器，对多通池温度反馈回路进行控制；S3:设计基于多扰动测量的扰动补偿器，增设内外扰动系统温度测量点，对内外扰动系统的扰动估计，通过多扰动预补偿环节的补偿控制率，对多扰动进行综合评价；S4:将多扰动预补偿环节的补偿控制率和自抗扰控制器反馈控制率结合，计算多通池温度控制器输出。2.根据权利要求1所述的基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：S2.1：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器的扩张状态观测器如下：使用的非线性函数fal如下：其中，z
i
(i＝1,2,3
…
,n)是多通池温控系统的估计状态变量，y是多通池实时温度值，α
i
(i＝1,2,3
…
,n)和δ
i
(i＝1,2,3
…
,n)为非线性函数调节参数，β
0i
(i＝1,2,3
…
,n)是增益调节因子，b为补偿因子,u0为自抗扰控制器输出；S2.2：设计多通池温度控制系统自抗扰控制器的反馈控制器，选用非线性反馈控制率如下：其中，v
r
是多通池温度控制的目标温度，β
j
(j＝1,2,3
…
,n)和b为增益调节因子，θ
j
和λ
j
(j＝1,2,3
…
,n)为非线性函数调节参数。3.根据权利要求1所述的基于多扰动预补偿的多通池自抗扰温度控制方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：S3.1：定义外部环境温度变化对于多通池温度控制扰动为外扰动，进样的气体样品温度变化对于多通池温度控制扰动为内扰动，对于外扰动和内扰动系统描述分别如下：
其中，K
d1
为外扰动系统增益系数，T1为外扰动系统惯性系数，τ
d1
为外扰动系统迟滞系数，K
d2
为内扰动系统增益系数，T2为内扰动系统惯性系数，τ
d2
为内扰动系统迟滞系数；S3.2：设计外扰动系统的外扰动估计器，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，李峥，蔡竟男，朴亨，王鹏，刘思霖，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：