專利名稱：一種基于相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模糊前饋解耦控制系統(tǒng)，尤其涉及基于相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)思想在控制學(xué)科發(fā)展初期就己經(jīng)形成，錢學(xué)森的著作“工程控制論”中就已得到了基本研究，首先將矩陣分析法應(yīng)用于多變量控制系統(tǒng)分析中，提出了不相干控制的巧妙思想。1964年，Morgan在現(xiàn)代控制理論的框架下正式提出了 MIMO(Multiple Input Multiple Output)線性系統(tǒng)的輸入輸出解稱問(wèn)題，即著名的Morgan問(wèn)題。Morgan問(wèn)題的研究大體分為兩個(gè)階段第一階段從1964到1982年討論m=r(m 為輸入變量個(gè)數(shù)，r為輸出變量個(gè)數(shù))的情況；第二階段從1982年一直持續(xù)至今。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于多變量系統(tǒng)的解耦控制研究主要有三大類
(I)傳統(tǒng)的解耦方法傳統(tǒng)解耦方法以現(xiàn)代頻域法為代表，也包括時(shí)域法，主要適用于線性定常MMO系統(tǒng)。傳統(tǒng)的解耦方法不具有適應(yīng)性，很難保證控制品質(zhì)，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。(2)自適應(yīng)解耦方法多變量自適應(yīng)解耦控制方法是將被控對(duì)象的解耦、控制和辨識(shí)結(jié)合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)未知或時(shí)變系統(tǒng)的在線解耦控制。但是其本質(zhì)要求為在線辨識(shí)對(duì)象模型，所以算法復(fù)雜，計(jì)算量大，實(shí)際工業(yè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性往往比所建模型復(fù)雜得多，因此其應(yīng)用范圍受到了一定限制。(3)智能解耦方法智能解耦控制主要是指神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制、模糊解耦控制。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由于可以任意精度逼近任意函數(shù)，并具有自學(xué)習(xí)功能，主要用于時(shí)變、非線性、特性未知的對(duì)象。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、針對(duì)性太強(qiáng)的缺陷，限制了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制的有效應(yīng)用和推廣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題是常規(guī)控制系統(tǒng)控制效果不好，甚至無(wú)法投入自動(dòng)運(yùn)行，為此設(shè)計(jì)了一種通過(guò)基礎(chǔ)級(jí)的PLC控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)底層各回路的解耦控制，處理復(fù)雜冶金工業(yè)過(guò)程的多變量、強(qiáng)耦合等特性的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)，它包括基本控制器和接收基本控制器的輸出信號(hào)Ui的被控設(shè)備，在基本控制器和被控設(shè)備之間設(shè)有對(duì)被控設(shè)備輸出信號(hào)J^i的模糊前饋解耦控制器。上述模糊前饋解耦控制器有輸入量A和，基本控制器有能自適應(yīng)的進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的設(shè)定輸入量A，Ui和^合成為Ui輸入被控設(shè)備，經(jīng)過(guò)被控設(shè)備處理輸出A “人和的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下
Di= (PiI1-Pi) - (Pi+1(t) - PiCt)) 二 (Pi+1_ Pi+1 (t)) - (Pi - P“t)) = ei+1_ ；
Ph= (P「Pj-i) - (Pi (t)~ Ph (t) ) = (P「Pi (t) ) _ (Ph_ Ph (t) ) = e廠 。
上述模糊前饋解耦控制器和基本控制器集成在PLC控制器中。本發(fā)明的有益效果是采用系統(tǒng)中相鄰耦合量的輸入偏差及其控制設(shè)定值之偏差為解耦控制器的輸入，算法進(jìn)一步簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小了系統(tǒng)的時(shí)滯效應(yīng)。相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制策略在PLC控制器中實(shí)現(xiàn)，這種方法克服了目前在上位機(jī)完成控制算法所帶來(lái)的滯后等弊端，因此運(yùn)行速度快，可靠性高，可以取得良好的控制效果。
圖I是本發(fā)明控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明包括基本控制器和接收基本控制器的輸出信號(hào)^的被控設(shè)備，在基本控制器和被控設(shè)備之間設(shè)有對(duì)被控設(shè)備輸出信號(hào)的模糊前饋解耦控制器。Pi為第i個(gè)耦合控制通道的被控設(shè)備之控制設(shè)定點(diǎn)，AYd為第i個(gè)耦合控制通道的被控設(shè)備之實(shí)時(shí)輸出量，A可由控制設(shè)定值專家?guī)斓闹С窒拢赃m應(yīng)地進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整-Jh和為第i個(gè)耦合控制通道模糊前饋解耦控制器的輸入，為第i個(gè)耦合控制通道模糊前饋解耦控制器的輸出，為第i個(gè)耦合控制通道的基本控制器輸出。在此基礎(chǔ)上
Di= (PiI1-Pi) - (Pi+1(t) - PiCt)) 二 (Pi+1_ Pi+1 (t)) - (Pi - P“t)) = ei+1_ ；
Dh= (P「Ph)- (Pi (t)~ PH(t) ) = (P廠 Pi (t) ) - (Pj-r Pi-Jt) ) = e廠 e卜10tools] 上式中，/^、/^.、/^為相鄰回路被控量的設(shè)定值，(,PiJt)、Pi(t)、pi+1a))為相鄰回路被控量的實(shí)際輸出值，稱為相鄰回路的偏差值。以冶金工業(yè)過(guò)程多變量控制系統(tǒng)為例，相鄰回路的偏差量可以為相互耦合的焦?fàn)t輸出的多管煤氣各管道壓力量、礦石加工回轉(zhuǎn)窯的溫度量與壓力量、加熱鋼坯的重油流量與溫度量等相鄰回路的偏差。在各定義基礎(chǔ)上，有下式成立
Pi=F (H)；
Ui=Ui+t ；
其中，'為模糊前饋解耦函數(shù)'Ui即為鄰接量偏差型模糊前饋解耦控制器的控制輸出，被控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)此控制輸出，實(shí)現(xiàn)精確解耦控制。目前絕大多數(shù)控制系統(tǒng)的先進(jìn)控制方法在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，PLC控制器只完成對(duì)被控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，本發(fā)明的相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制策略通過(guò)模糊前饋解耦控制器和基本控制器集成在PLC控制器中實(shí)現(xiàn)，因此減少了系統(tǒng)時(shí)延，提高了運(yùn)行速度。
權(quán)利要求
1.一種基于相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)，它包括基本控制器和接收基本控制器的輸出信號(hào)Ui的被控設(shè)備，其特征是在基本控制器和被控設(shè)備之間設(shè)有對(duì)被控設(shè)備輸出信號(hào)盧,.的模糊前饋解耦控制器。
2.如權(quán)利要求I所述的一種基于相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)，其特征是所述模糊前饋解耦控制器有輸入量久.和，基本控制器有能自適應(yīng)的進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的設(shè)定輸入量Λ.，Ui和β i合成為Ui輸入被控設(shè)備，經(jīng)過(guò)被控設(shè)備處理輸出PJt)，Di和久w的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下Di= (Pm-Pi) - (Pi+1(t)_ Pi(W) 二 (Pi+1_ Pi+1(t)) - (Pi - Pjt)) = ei+1- ;Dh= (Pi- P1-JJ - (Pi (t)~ Pi-Jt)) = (Pi- Pi (t)) - (Pi-f PhCO) 二 G1- e^jo
3.—種PLC控制器，其特征是所述模糊前饋解耦控制器和基本控制器集成在PLC控制器中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制系統(tǒng)，它包括基本控制器和接收基本控制器的輸出信號(hào)ui的被控設(shè)備，在基本控制器和被控設(shè)備之間設(shè)有對(duì)被控設(shè)備輸出信號(hào)βi的模糊前饋解耦控制器。本發(fā)明采用系統(tǒng)中相鄰耦合量的輸入偏差及其控制設(shè)定值之偏差為解耦控制器的輸入，算法進(jìn)一步簡(jiǎn)化，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減小了系統(tǒng)的時(shí)滯效應(yīng)。相鄰回路偏差的模糊前饋解耦控制策略在PLC控制器中實(shí)現(xiàn)，這種方法克服了目前在上位機(jī)完成控制算法所帶來(lái)的滯后等弊端，因此運(yùn)行速度快，可靠性高，可以取得良好的控制效果。
文檔編號(hào)G05B13/04GK102681441SQ20121014624
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者管奎春 申請(qǐng)人:銅陵市恒信科技有限責(zé)任公司