一种应用于化工反应釜的滑模-模糊制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于化工反应釜的滑模

【技术实现步骤摘要】
一种应用于化工反应釜的滑模
‑
模糊PID复合控制方法


[0001]本专利技术涉及一种关于工业控制领域的控制系统和控制方法；具体涉及一种应用于化工反应釜的滑模
‑
模糊
PID
复合控制方法
。

技术介绍

[0002]在化工反应中，反应釜是最常见的一种反应装置，它的温度控制对于保证反应的平稳进行至关重要；传统的
PID
控制方法主要用于反应器的温度控制，但是
PID
控制方法具有响应速度慢，抗干扰性差等缺点；针对这种情况，本文将滑模
‑
模糊
PID
相结合，在化工反应器中实现了对温度的精确
、
稳定的控制
。
[0003]滑模控制器是一种行之有效的控制方法，可以使系统稳定，瞬态响应快速
。
滑模控制
(SMC)
是指在被控对象的当前状态下，有目的地改变其“结构”的一种控制方法
。
在当前状态的基础上，滑模控制通过不断改变其状态来跟踪参考轨迹，直到状态达到滑模面并不断滑向平衡状态使系统渐进稳定；考虑到滑模控制系统对外部扰动具有时效性和随机性，将其应用到模糊
PID
控制系统中
。
然而，由于其自身的抖动和不能建立模型的动力学特性，使得其在实际中的应用受到了很大的限制
。
目前，已有的研究主要集中在边界层法
、
趋近律
、
混合控制等方面/>。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种应用于化工反应釜的滑模
‑
模糊
PID
复合控制方法；在此基础上，提出了一种基于模糊
PID
的控制策略，并将其与滑模控制相结合，从而达到了对反应釜温度进行准确跟踪的目的；具体地，该方法包括以下步骤：
[0005]Step1.
通过对反应器温度的实时测量，得到反应器温度数据，并对数据进行预处理；预处理包括去噪
、
滤波
、
降采样等操作，以提高数据质量和降低计算复杂度
。
[0006]Step2.
将设定温度与系统当前输出的温度相比较，用设定温度减去系统当前输出的温度得到两者温度偏差
e、
对温度偏差求导得到温度偏差变化率，具体为温度偏差
e
和温度偏差变化率
ec
按照以下公式进行计算：
[0007][0008]式中，
Tc
为设定温度，
t
表示时间，
Tm
表示系统当前输出的温度；
[0009]Step3.
在
Step2
的基础上，结合模糊
PID
控制算法，对所得到的数据进行模糊化处理，并依据模糊规则得到模糊量；该算法能够快速响应温度变化，提高控制精度和稳定性
。
[0010]Step4.
利用所求的趋近率输入到滑动模态控制器，利用模糊
PID
控制算法对滑动模态控制中的趋近律参数进行动态调整，以达到抑制抖振的目的；在较小的温度误差下，可以获得较小的趋近速率，减小超调；在较大的温度误差下，可以获得较大的趋近速率，缩短调节时间
。
[0011]Step5.
向受控对象输出滑模控制信号，使受控对象的运动点沿滑模平面移动，按
比例放大模糊控制器的输出值
。
[0012]优选的，本专利技术
Step3
中模糊化处理包括以下步骤：
[0013]Step3.1
定义模糊控制集合：用
e
和
ec
作为输入，用逼近率
k
作为输出；将温度偏差
e
的论域选择为
[
‑
1,1]，将温度偏差变化率
ec
论域选择为
[
‑
1,1]，将模糊集均匀划分为
NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB
这7个等级对论域中的隶属度函数采用三角隶属度函数
。
[0014]Step3.2
模糊规则库设定：
NB
为负大，
NM
为负中，
NS
为负小，
ZO
为零，
PS
为正小，
PM
为正中，
PB
为正大
。
[0015]Step3.3
去模糊化处理：采用最大隶属度均方的方法，进行去模糊化，公式如下：
[0016][0017]其中，
xi
取各隶属点的最大值，
n
为隶属点的个数
。
[0018]优选的，本专利技术所述
Step4
中包括以下步骤：将模糊控制器输出的数值按比例进行放大，将放大因子设为
K
f
，从而获得最佳滑模趋近率：
[0019]K
＝
K
f
·
k
[0020]K
f
为放大因子，
k
为模糊控制器输出的数值
。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)
本专利技术提出了一种以滑模控制为导向的模糊
PID
反应器温度控制方法，该方法有效地解决了因大滞后引起的控制精度低的难题；该方法克服了以往基于工程经验的模糊控制方法，提高了系统的适应性；采用了响应速度快
、
调整时间短
、PID
控制精度高的模糊控制，来实现对温度的控制，并对滑模控制的趋近速率进行了优化，提高了控制的准确性
、
稳定性
、
鲁棒性，保证了控制系统的性能，具有很强的实用性和应用价值；利用滑模控制具有对干扰不敏感及对输出快响应的特点，实现了对系统抖振的抑制
。
[0023](2)
应用了滑模
‑
模糊
PID
后，化工反应釜通常具有复杂的非线性动态特性，包括化学反应速率的非线性和温度对反应速率的高度敏感性；滑模控制的非线性特性和模糊逻辑的灵活性可以帮助处理这些非线性特性
。
滑模控制在面对外部扰动时表现出强大的抗干扰能力；这对于化工反应釜的稳定性至关重要，因为操作过程中可能会有各种不确定性和干扰源
。
滑模
‑
模糊
PID
控制可以根据反应釜的实际运行状况自适应地调整控制参数，以适应反应动力学的变化或系统参数的不确定性
。
通过模糊逻辑的规则库，可以更好地处理化工反应釜的复杂性和多样性，以适应不同操作条件
。
附图说明
[0024]图1为本专利技术中提供的一种应用于化工反应釜的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种应用于化工反应釜的滑模
‑
模糊
PID
复合控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
Step1.
通过对反应器温度的实时测量，得到反应器温度数据，并对数据进行预处理；
Step2.
将设定温度与系统当前输出的温度相比较，用设定温度减去系统当前输出的温度得到两者温度偏差
e、
对温度偏差求导得到温度偏差变化率，具体为温度偏差
e
和温度偏差变化率
ec
按照以下公式进行计算：式中，
Tc
为设定温度，
t
表示时间，
Tm
表示系统当前输出的温度；
Step3.
在
Step2
的基础上，结合模糊
PID
控制算法，对所得到的数据进行模糊化处理，并依据模糊规则得到模糊量；
Step4.
利用所求的趋近率输入到滑动模态控制器，利用模糊
PID
控制算法对滑动模态控制中的趋近律参数进行动态调整，以达到抑制抖振的目的；
Step5.
向受控对象输出滑模控制信号，使受控对象的运动点沿滑模平面移动，按比例放大模糊控制器的输出值
。2.
根据权利要求1所述应用于化工反应釜的滑模
‑
模糊
PID
复合控制方法，其特征在于：
Step3
中模糊化处理包括以下步骤：
Step3.1
定义模糊控制集合：用
e
和
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文光，王艺霖，王洪亮，杨开明，幸响云，谭建所，江佩瑶，麦鴚，吴兴华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：