电加热炉的多层次多模型加权预测函数控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105955021A(43)申请公布日2016.09.21(21)申请号201610309258.9(22)申请日2016.05.11(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人徐卫德张日东张俊锋(74)专利代理机构浙江杭州金通专利事务所有限公司33100代理人王佳健(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书6页(54)发明名称电加热炉的多层次多模型加权预测函数控制方法(57)摘要本发明公开了一种电加热炉的多层次多模型加权预测函数控制方法。本发明把整个工作的区域按照某种方法划分为若干个子区域，在每个子区域上利用线性系统的原理建立每个子区域上的模型，使用这些子区域模型来代替全局工作区域模型。从而把原来的非线性的模型转换为了线性模型，提高了非线性建模的不精确性，避免了非线性的复杂问题，并且结合了线性系统的成熟理论基础。本发明有效的解决了在工业工程中的强非线性带来的建立模型困难，模型精确度低等问题。CN105955021ACN105955021A权利要求书1/3页1.电加热炉的多层次多模型加权预测函数控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤；步骤1.建立被控对象的多层次结构模型；a.设定要建立模型的层数N，并用序号L代表当前层次的序号；b.在当前L层次上把全局工作区域划分为相对应的L个子工作区域，然后在每个子工作区域上建立线性的模型mj，其中j＝1,…,L，具体是：b-1.根据全局区域和层数L把全局工作区域L等分；b-2根据在每个等分的区域中的采集的输入输出数据建立相应的模型；模型参数通过阶跃响应来获取，设yij(t)是模型的实际输出，yij(∞)是模型的稳态输出，U是输入信号的放大倍数；输出的yij(t)可以、、用的形式来表述，模型的增益表示为其中i代表的是当前的层数，j代表的是当前层数的第j个模型；根据模型过程的特点，整个模型描述为一阶模型加滞后环节或者二阶模型滞后环节；选取模型的形式如下：*因此yij(t)用下面的方式进行描述；**其中取yij(t1)＝0.39,yij(t2)＝0.63，t2>t1>τ，延迟时间τm和响应时间Tm得到：从而得到每个层次的不同模型：其中km，Tm，τm分别为模型的稳态增益、时间常数和纯滞后时间；c.判断当前L层的多模型建立是否成功，如果成功则L自加1，跳转到步骤b中继续下一层次的多模型建模；d.完成每一个层次间上的模型建模，得到相应的子模型Mij，结束多层次结构模型的建模，其中Mij代表第i层次模型集的第j个子模型。2.多模型控制器的设计a.根据步骤1中划分的子模型Mij分别建立当前子模型的预测函数控制器；其中每个模型的传递函数分别为：通过离散化后，模型的差分方程为：ym(k)＝amy(k)+km(1-am)u(k-L)(6)2CN105955021A权利要求书2/3页由于预测函数控制是与控制输入的结构有关，因此选择阶跃函数作为基函数，那么u(k+i)＝u(k),i＝1,2,…；b.根据当前时刻的已知信息和未来加入到控制量来推算出未来预测控制时域内过程预测输出值；其中为模型的自由响应,为模型的强迫响应，p是预测时域；c.选择优化性能指标如下：其中为过程预测输出，yr(k+i)为k+i时刻的参考轨迹输出，[h1,h2]为优化的时域；iyr(k+i)＝c(k+i)-λ[c(k)-yp(k)](9)其中c为设定值，Tr是柔化系数为97％的参考轨迹响应时间；d.通过反馈误差error，校正系统的控制性能；反馈误差校正error＝yp(k)-ym(k)，其中yp(k)为k时刻的模型输出，ym(k)为k时刻的过程测量值；从而得到相对应模型的在k时刻的控制量；e.在建立好的模型中选择当前通道同层次模型的子模型Mi,j,j＝1,2,…i，计算当前时刻当前层次中子模型Mi,j,j＝1,2,…i的模型输出yi,j,m(t)，并计算此时子模型的模型输出与当前时刻系统的实际输出的偏差，ei，j,m(t)＝|yout,i(t)-yi,j,m(t)|，j＝1,2,…i(11)其中yout,i(t)为系统输出通道i的实际输出，ei,j,m(t)代表输出通道的第i层的第j个模型与实际输出的偏差；f.计算当前层次中每个子模型权重系数；其中wi,j(t)表示当前时刻第i层的第j个模型的加权系数；因此当前层次的控制量表示为：ui(t)＝wi,1(t)ui,1(t)+wi,2(t)ui,2(t)+…+wi,j(t)ui,j(t)(13)。3.不同层次间模型的切换a.在当前时刻计算输出误差ek1,以及其变化率ek2；其中：ek1＝|yout-yset|，ek2＝|ek1(i)-e