通用多变量模型预估协调控制方法

摘要

通用多变量模型预估协调控制方法,属自动控制领域。可用实际得到的任一种被控过程的模型进行预估,包括基于结构、稳态特性和响应时间的通用鲁棒预估控制器。具有校正时域的单值预估、利用所有可测变量进行动态反馈的多回路、多预估时域和多周期控制。适应被控对象结构变化,自动选用不同被控变量与操作变量的配对,在变量不超限的条件下,对被控变量和操作变量达到优化进行实时协调。适应被控对象特性的变化,在纯滞后时间变化时,自动修改控制算法。

主权项

1．通用多变量模型预估协调控制方法，特别用于连续生产过程的基于数学模型的多变量预估协调控制方法，其特征在于：可用任一种被控过程离散时间模型：包括用多项矩阵模型、卷积模型(脉冲或阶跃响应)、脉冲传递函数、状态空间模型或时间序列模型(CARMA或ARMAX)对未来时刻的变化进行预估的通用方法；在无以上模型时，由被控过程的结构、响应时间和稳态特性进行预估的方法；具有校正时域，用此时域中每个采样时刻实测状态变量(含被控变量)和模型预估值之差的加权平均对预估值进行校正；单值预估控制算法：根据对每个被控变量在未来某时刻(称预估时域)的一个预估值与其给定值之间的偏差值的加权二次型性能指标最小，计算操作变量在每个控制周期的调整量；按被控变量的要求设定优先级和预估水平β(被控变量对操作变量阶跃的响应达到其稳态值的倍数，0＜β＜1)、根据模型计算响应指数和关联指数，选定被控变量和操作变量的配对，根据动态响应速度设置不同的采样周期，进而确定预估时域和相应的预估步数，若预估步数大于25，应增大采样周期，形成多预估时域与多周期预估控制策略；三种变量动态反馈：利用所有可得到的实测信息当前值和历史值进行反馈和前馈，包括三种变量：被控变量、(被控变量以外的可测)状态变量、操作变量的反馈，可测干扰的预估前馈，形成多回路动态反馈控制系统结构；基于这一结构特征，由被控对象的稳态特性和响应时间，确定预估时域和相应的预估步数，选定各反馈回路的反馈矩阵，不需准确的被控对象的数学模型，构成鲁棒预估控制器；适用于两种控制要求：将被控变量维持在给定值上的给定点控制和将被控变量维持在给定区域内的区域控制；适用于被控变量和操作变量的数量随对象运行环境发生变化，在操作变量少于、等于或多于被控变量的各种情况间转化时，使被控变量和操作变量均达到优化值的控制与协调，为此，按被控变量预估值与其给定值或给定区域的偏差(预估偏差)的大小，设置多个区域，被控变量预估值处于不同区域时，采用不同控制策略或加权系数(非线性控制或非线性加权)；当操作变量少于被控变量时，有三种实时动态协调方法：对被控变量预估偏差加权、选择满足不同控制要求的操作变量的中间值、或实施分级控制；在操作变量多于被控变量时，若优化操作变量与控制被控变量的作用方向一致，按优化的优先级顺序选择操作变量进行控制；当控制和优化的要求有矛盾时，若被控变量预估值处于大偏差区，选用响应快的操作变量以迅速减小偏差；若被控变量预估值处于小偏差区，选用响应较慢的操作变量维持小偏差，同时，以一定速率将需要优化的操作变量推向其优化值；根据被控对象的状况，被控变量预估值所处的区域和被控变量数量的变化，操作变量的有效性(是否受限或是否允许使用)和相应数量的变化，自动选用不同被控变量与操作变量，按以下顺序进行协调：使各变量不超限，使被控变量达到给定，使操作变量达到优化；在线实时修改控制算法，适应操作变量纯滞后时间的变化。