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【摘要】 一種工業(yè)多輸入輸出過(guò)程的分布式PI和PID控 制器的定量整定方法，用于工業(yè)過(guò)程控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首 先根據(jù)辨識(shí)得到的被控對(duì)象的傳遞函數(shù)矩陣模型，利用有效相 對(duì)耦合分析方法建立有效等價(jià)對(duì)角傳遞函數(shù)矩陣模型，然后根 據(jù)建立的有效等價(jià)對(duì)角傳遞函數(shù)矩陣模型提出期望的閉環(huán)傳 遞函數(shù)矩陣，進(jìn)而獲得分布式PI(或PID)控制器的定量整定公 式。本發(fā)明充分考慮了系統(tǒng)耦合的動(dòng)態(tài)特性，整定過(guò)程簡(jiǎn)單直 觀(guān)，數(shù)據(jù)運(yùn)算量小，可方便應(yīng)用于高維多輸入輸出過(guò)程。采取 本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)單參數(shù)化調(diào)節(jié)各子控制器，因而操作 簡(jiǎn)捷和方便，而且能夠達(dá)到明顯改進(jìn)的控制效果。 【專(zhuān)利類(lèi)型】發(fā)明申請(qǐng) 【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué) 【申請(qǐng)人類(lèi)型】學(xué)校 【申請(qǐng)人地址】200240上海市閔行區(qū)東川路800號(hào) 【申請(qǐng)人地區(qū)】中國(guó) 【申請(qǐng)人城市】上海市 【申請(qǐng)人區(qū)縣】閔行區(qū) 【申請(qǐng)?zhí)枴緾N200610117278.2 【申請(qǐng)日】2006-10-19 【申請(qǐng)年份】2006 【公開(kāi)公告號(hào)】CN1936737A 【公開(kāi)公告日】2007-03-28 【公開(kāi)公告年份】2007 【授權(quán)公告號(hào)】CN100428090C 【授權(quán)公告日】2008-10-22 【授權(quán)公告年份】2008.0 【發(fā)明人】劉媛媛; 張衛(wèi)東; 蔡云澤; 高守偉; 陳鳳祥 【主權(quán)項(xiàng)內(nèi)容】1、一種工業(yè)多輸入輸出過(guò)程的分布式PI和PID控制器定量整定方法，其特征在于，包括如下具體步驟： 第一、采用已經(jīng)利用有效相對(duì)耦合陣列配對(duì)法則重新調(diào)整過(guò)的辨識(shí)模型，工業(yè)多輸入輸出過(guò)程的傳遞函數(shù)矩陣辨識(shí)模型用下式表示， 其中 它是指從被控過(guò)程的第i個(gè)輸入到第j個(gè)輸出的傳遞函數(shù)，g0ij(s)是其穩(wěn)定正則的有理傳遞函數(shù)部分，θij是其相應(yīng)的過(guò)程傳輸時(shí)滯； 第二、通過(guò)組態(tài)界面啟動(dòng)工控機(jī)的CPU調(diào)用事先編制好的“離線(xiàn)控制程序”解析的推導(dǎo)出分布式PI和PID控制器矩陣，步驟如下： ①利用有效相對(duì)耦合分析方法建立有效對(duì)角傳遞函數(shù)矩陣， 其中 其中，λij是相對(duì)穩(wěn)態(tài)增益矩陣∧＝G(0)G(0)-T的元素，ψij是有效相對(duì)增益矩陣ψ＝EE-T中的元素，這里 E＝G(O)Ω 其中 是相對(duì)關(guān)鍵頻率矩陣，ωij是表達(dá)式arg[gij(jωij)]＝-π的解，在表示式(a)中，ω→∞表示高頻段，ω→0表示低頻段，但是具體作為區(qū)分高低頻段的頻率點(diǎn)并沒(méi)有規(guī)定，這里采用該表達(dá)是方便PI/PID控制器參數(shù)的推導(dǎo)，具體步驟見(jiàn)第⑤步； ②根據(jù)建立的有效對(duì)角傳遞函數(shù)矩陣，利用魯棒控制理論的H2最優(yōu)性能目標(biāo)，推導(dǎo)該分布式控制系統(tǒng)的期望閉環(huán)響應(yīng)傳遞函數(shù)矩陣， 其中 其中s＝Ztjk是 (s)的右半平面零點(diǎn)，a是 (s)包含的右半平面零點(diǎn)的個(gè)數(shù)，b是 (s)的相對(duì)階次，λj是用于得到實(shí)際期望的第j個(gè)控制閉環(huán)輸出響應(yīng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，初始整定λj在(5-10) 范圍內(nèi)； ③根據(jù)給出的期望閉環(huán)響應(yīng)傳遞函數(shù)矩陣形式以及建立的有效對(duì)角傳遞函數(shù)矩陣，利用直接設(shè)計(jì)方法，推導(dǎo)分布式閉環(huán)控制器矩陣， ④采用數(shù)學(xué)Maclaurin展開(kāi)級(jí)數(shù)對(duì)步驟③給出的分布式閉環(huán)控制器矩陣中 子控制器的形式做有理逼近，由此得到可以實(shí)際物理實(shí)現(xiàn)的控制器的有理逼近形式 其中 這里 ⑤根據(jù)步驟④給出的能實(shí)際物理實(shí)現(xiàn)的子控制器的有理逼近形式，取前兩項(xiàng)構(gòu)造出子控制器的PI控制器的形式，同理，取其前三項(xiàng)構(gòu)成子控制器的PID控制器的形式，具體分布式控制器矩陣中的子PI或PID控制器的設(shè)計(jì)公式為， 其中KCjj＝Phj′(0)為比例增益，TIjj＝plj(0)為積分時(shí)間常數(shù)； 其中KCjj和TIjj如前所示， 為微分時(shí)間常數(shù)，TFjj＝(0.01□0.1)TDjj； 第三、通過(guò)組態(tài)界面單調(diào)調(diào)節(jié)分布式控制器矩陣中的可調(diào)參數(shù)，并觀(guān)察系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)曲線(xiàn)，由此離線(xiàn)確定最佳控制器參數(shù)，上述分布式控制器矩陣中的 子PI(cjj-PI(s))和PID(Cjj-PID(s))控制器的設(shè)計(jì)公式(b、c)中的控制參數(shù)實(shí)質(zhì)上均由單一調(diào)節(jié)參數(shù)λj整定，它對(duì)應(yīng)著步驟②所示的期望控制閉環(huán)響應(yīng)的形式和性能，實(shí)際整定調(diào)節(jié)參數(shù)λj時(shí)，應(yīng)在控制系統(tǒng)輸出響應(yīng)的標(biāo)稱(chēng)性能與每個(gè)控制器及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出容量之間權(quán)衡； 第四、在組態(tài)界面上設(shè)置系統(tǒng)為“在線(xiàn)”調(diào)節(jié)狀態(tài)，啟動(dòng)工控機(jī)的CPU讀取最佳控制器參數(shù)，并執(zhí)行“在線(xiàn)控制程序”得到當(dāng)前時(shí)刻最優(yōu)的控制量； 第五、對(duì)ujj(n)進(jìn)行限幅，防止積分飽和，然后由D/A轉(zhuǎn)換后輸出至執(zhí)行器，由執(zhí)行器作用到被控對(duì)象，使被控對(duì)象運(yùn)行在給定的范圍內(nèi)，此時(shí)組態(tài)界面上顯示的是在線(xiàn)情況下的系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)曲線(xiàn)，然后用和離線(xiàn)調(diào)節(jié)方式下相同的方法進(jìn)行在線(xiàn)微調(diào)，如此周而復(fù)始實(shí)現(xiàn)控制。 【當(dāng)前權(quán)利人】上海交通大學(xué) 【當(dāng)前專(zhuān)利權(quán)人地址】上海市閔行區(qū)東川路800號(hào) 【統(tǒng)一社會(huì)信用代碼】1210000042500615X0 【被引證次數(shù)】9 【被自引次數(shù)】2.0 【家族被引證次數(shù)】9

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