廣義最小方差自校正重置PID控制器及其在壓力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

摘要：針對(duì)壓力系統(tǒng)的純延遲、大慣性、非線性、時(shí)變等特點(diǎn)，本文將重置控制和以廣義最小方差為性能指標(biāo)的自校正PID控制相結(jié)合，提出一種廣義最小方差自校正重置PID控制方法。該方法首先根據(jù)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，以廣義最小方差為目標(biāo)設(shè)計(jì)廣義最小方差控制器，通過(guò)選擇該控制器的分母多項(xiàng)式，求解Diophantine方程，得到具有PID結(jié)構(gòu)形式的廣義最小方差控制器，再在該控制器的積分項(xiàng)中引入重置控制，構(gòu)成廣義最小方差重置PID控制；對(duì)于模型未知或參數(shù)慢時(shí)變的被控對(duì)象，通過(guò)采用帶遺忘因子的遞推最小二乘法構(gòu)建系統(tǒng)的自適應(yīng)機(jī)制，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和魯棒性。最后，將該控制方法應(yīng)用于壓力容器的恒值控制中，獲得了比較滿意的控制效果。

關(guān)鍵詞：最小方差；自校正控制；重置控制；壓力系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

壓力系統(tǒng)是過(guò)程控制的主要控制對(duì)象之一，在工業(yè)生產(chǎn)中有著極其重要的地位。在有色金屬冶煉和化工化學(xué)生產(chǎn)中，該系統(tǒng)常被用作反應(yīng)容器，為相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)提供所需的壓力條件；另一方面，壓力系統(tǒng)也可作為氣動(dòng)設(shè)備如氣泵執(zhí)行部件、氣動(dòng)傳感器等的氣源。因此壓力系統(tǒng)的運(yùn)行情況對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響，合理、有效地對(duì)壓力值進(jìn)行控制至關(guān)重要。

然而，壓力系統(tǒng)具有純延遲、大慣性、非線性等特點(diǎn)，其過(guò)程參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)都會(huì)隨著時(shí)間和工作環(huán)境的變化而改變，使得基于可編程邏輯控制器的傳統(tǒng)PID算法對(duì)壓力系統(tǒng)的控制不能獲得滿意的控制效果。因此許多學(xué)者針對(duì)這一類(lèi)復(fù)雜系統(tǒng)不斷地提出新算法。楊云飛[1]提出了一種基于可編程邏輯控制器的自適應(yīng)模糊PID控制算法，通過(guò)查表的方式對(duì)壓力系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于其大量的模糊規(guī)則和隸屬度函數(shù)的設(shè)定都是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行選擇，因此模糊規(guī)則的制定和隸屬度函數(shù)的設(shè)置需要耗費(fèi)大量的時(shí)間；Ryouta Hoshino[2] 提出了一種廣義最小方差自校正控制方法。該方法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和抗干擾能力，但是存在超調(diào)大，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)等不足之處；朱午光等人[3]則采用了一種將專(zhuān)家控制與PI控制相結(jié)合的方法對(duì)壓力系統(tǒng)進(jìn)行控制，依據(jù)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行控制，因而這種控制方法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，但其局限性在于專(zhuān)家系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)較復(fù)雜，同時(shí)也給可編程邏輯控制器的運(yùn)算能力提出了更高的要求。

為解決上述問(wèn)題，本文以壓力系統(tǒng)為被控對(duì)象，將自校正控制與重置控制相結(jié)合，提出了一種廣義最小方差自校正重置PID控制策略。同時(shí)以O(shè)PC技術(shù)作為計(jì)算機(jī)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上位機(jī)）與可編程邏輯控制器的數(shù)據(jù)交換方式，通過(guò)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)該控制算法，由可編程邏輯控制器對(duì)壓力系統(tǒng)進(jìn)行控制。