一种流程工业过程的扰动优化补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种流程工业过程的扰动优化补偿方法。本发明专利技术是在传统控制方法基础之上，结合完全抗干扰理论，提出一种新的扰动补偿结构。对于工业过程中的一阶时滞过程，根据输入输出之间的关系得出系统的闭环传递函数，然后将传统控制算法和完全抗干扰理论有机的结合，得到扰动优化补偿方案。本发明专利技术结合完全抗干扰技术，通过一个预估器补偿被控过程中的滞后，然后通过扰动优化补偿器来抵御外界扰动。当存在外部扰动时，本发明专利技术也能够比较明显的抵御外界扰动对输入信号的干扰，使得在同等工况下的控制效果更佳。工况下的控制效果更佳。工况下的控制效果更佳。

【技术实现步骤摘要】
一种流程工业过程的扰动优化补偿方法


[0001]本专利技术属于自动化过程控制领域，特别涉及一种流程工业过程的扰动优化补偿方法。

技术介绍

[0002]在大多数的工业过程中，如石油、化工、水泥、制药等方面等被控过程都存在时滞现象。这些现象的存在给控制器的设计增加了难度，传统控制器由于不能够有效处理滞后环节，已经很难达到控制要求；在控制过程中会出现响应过程慢、出现较大超调等问题，甚至会导致整个控制系统出现不稳定的现象，而且在系统受到扰动后也会发生振荡，很难回到设定值的附近。
[0003]在现代控制过程中人们设计出Smith控制方法来解决滞后的问题，这种方法通过上一时刻的输出量预测下一时间段的输出量，因此能够有效的解决滞后带来的问题，但是由于该方法对被控对象的模型要求较高，一旦发生模型失配就会导致系统不稳定，在实际生产中该方法并不适用。因此针对工业中的滞后所带来的控制过程不稳定的问题，以及受到外界扰动不能够回到设定值的问题，提出了一种针对流程工业过程的扰动优化补偿方法。

技术实现思路

[0004]本申请针对传统控制策略中的大惯性、大滞后，以及发生外界扰动导致控制效果不佳的问题，提出一种流程工业过程的扰动优化补偿方案。
[0005]本申请的一方面，提供了一种流程工业过程的扰动优化补偿方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一：确定系统输入输出关系
[0007]1.1给出系统输出y与设定值输入r之间的闭环传递函数G(s)；
[0008]1.2给出系统输出y与输入干扰d之间的闭环传递函数G
d
(s)；
[0009]步骤二：设计控制器
[0010]2.1建立被控对象的过程模型G
p
(s)；
[0011]2.2给定系统的期望闭环传递函数的数学模型G￠(s)；
[0012]2.3设计控制器，得到控制器的输入输出关系；
[0013]步骤三：设计扰动优化补偿器
[0014]3.1通过加入扰动优化补偿器，得到系统输出y与输入干扰d之间的闭环传递函数G
yd
(s)；
[0015]3.2令闭环传递函数G
yd
(s)＝0，系统完全抗扰，并且得出扰动优化补偿器G
f
(s)；
[0016]3.3根据扰动优化补偿器G
f
(s)得出系统输入r与输出y之间的环传递函数G
yr
(s)。
[0017]本申请的另一方面，提供了一种流程工业过程的扰动优化补偿设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时实现上述流程工业过程的扰动优化补偿方法。
[0018]本申请的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行流程工业过程的扰动优化补偿方法。
[0019]本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术以传统控制方法为基础，结合完全抗干扰技术，通过一个预估器补偿被控过程中的滞后，然后通过扰动优化补偿器来抵御外界扰动。当存在外部扰动时，本专利技术也能够比较明显的抵御外界扰动对输入信号的干扰，使得在同等工况下的控制效果更佳。
附图说明
[0021]图1所示为本申请针对焦化炉工业过程实施步骤流程图；
[0022]图2所示为本申请所提方法的结构示意图；
[0023]图3为本申请的设备结构示意图。
具体实施方式
[0024]本申请是在传统控制方法基础之上，结合完全抗干扰理论，提出一种新的扰动补偿结构。对于工业过程中的一阶时滞过程，根据输入输出之间的关系得出系统的闭环传递函数的表达式，然后将传统控制算法和完全抗干扰理论有机的结合，得到扰动优化补偿方法。
[0025]本申请提供了一实施例：焦化炉的炉膛压力是石油化工生产过程中的重要指标，下面通过在工业焦化炉过程控制进行举例说明本申请。在焦化炉裂解过程中炉膛压力是非常重要的参数，通常通过调节烟道挡板的开度来进行调节。
[0026]图1为本实施例针对焦化炉过程实施步骤流程图。
[0027]步骤一：焦化炉系统炉膛压力y与挡板开度r关系的确定
[0028]1.1设系统的挡板开度r与炉膛压力y之间的闭环传递函数为：
[0029][0030]其中，G
c
(s)为控制器，G
p
(s)为被控对象的过程模型。
[0031]根据控制器以及被控对象，得出输入输出之间的关系，即系统的闭环传递函数
[0032]1.2系统炉膛压力y与干扰d之间的闭环传递函数为：
[0033][0034]计算输入干扰d与输出y之间的关系式，系统的输入为外界扰动，此时不考虑设定值输入。
[0035]步骤二：根据焦化炉膛压力的过程模型，设计控制器。
[0036]2.1建立被控对象的过程模型。
[0037]在焦化炉的炉膛压力控制过程中，炉膛压力的变化是有滞后存在的，因此建立系统的一阶惯性加滞后的过程模型，该被控对象的过程模型为：
[0038][0039]其中，K为被控对象稳态增益，T为惯性时间常数，s为拉普拉斯算子，D为滞后时间。
[0040]2.2给定系统的期望闭环传递函数的数学模型。
[0041]由于炉膛压力的变化过程是一阶滞后过程，因此假设系统的期望闭环传递函数为：
[0042][0043]其中，α表示可调参数。
[0044]2.3根据步骤1.1，设计针对炉膛压力的控制器：
[0045][0046]而且由控制器的输入输出关系可知：
[0047][0048]其中u(s)为控制器的输出，e(s)为控制器的输入。
[0049]结合步骤2.1可以得出控制器的输入输出关系表达式：
[0050][0051]令：
[0052][0053]其中，G
PI
(s)为PI控制器，使系统快速达到设定值，是预估补偿器，根据上一时刻的输出值预测下一时刻的输出值，实现了对系统中存在的滞后的补偿。
[0054]步骤三：设计扰动优化补偿器
[0055]3.1加入扰动优化补偿器后，炉膛压力y与输入干扰d之间的闭环传递函数为：
[0056][0057]其中，G
f
(s)为扰动优化补偿器，G
PI
(s)为PI控制器，G
p0
(s)为焦化炉炉膛压力不含时滞的模型传递函数。
[0058]3.2令G
yd
(s)＝0，此时炉膛压力y与输入干扰d之间的闭环传递函数为0，系统完全抗扰。
[0059]1+G
p0
(s)G
f
(s)+G
p0
(s)G
PI
(s)(1
‑
e
‑
Ds
)＝0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种流程工业过程的扰动优化补偿方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一：确定系统输入输出关系1.1给出系统输出y与设定值输入r之间的闭环传递函数G(s)；1.2给出系统输出y与输入干扰d之间的闭环传递函数G
d
(s)；步骤二：设计控制器2.1建立被控对象的过程模型G
p
(s)；2.2给定系统的期望闭环传递函数的数学模型G
′
(s)；2.3设计控制器，得到控制器的输入输出关系；步骤三：设计扰动优化补偿器3.1通过加入扰动优化补偿器，得到系统输出y与输入干扰d之间的闭环传递函数G
yd
(s)；3.2令闭环传递函数G
yd
(s)＝0，系统完全抗扰，并且得出扰动优化补偿器G
f
(s)；3.3根据扰动优化补偿器G
f
(s)得出系统输入r与输出y之间的环传递函数G
yr
(s)。2.根据权利要求1所述的扰动优化补偿方法，其特征在于：步骤2.1中所建立被控对象的过程模型G
p
(s...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯玉桥，张日东，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：