预测函数控制优化的废塑料炼油裂解炉炉膛温度控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103345150A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103345150103345150A(43)申请公布日2013.10.09(21)申请号201310309179.4(22)申请日2013.07.19(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)发明人薛安克吴胜张日东赖晓平刘俊(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人杜军(51)Int.Cl.G05B13/00(2006.01)权利要求书2页权利要求书2页说明书5页说明书5页(54)发明名称预测函数控制优化的废塑料炼油裂解炉炉膛温度控制方法(57)摘要本发明公开了一种预测函数控制优化的废塑料炼油裂解炉炉膛温度控制方法。本发明方法首先基于裂解炉炉膛温度对象的阶跃响应数据建立炉膛温度对象的模型，挖掘出基本的对象特性；然后依据预测函数控制的特性去整定相应PID控制器的参数；最后对裂解炉炉膛温度对象实施PID控制。本发明将预测函数控制的性能赋给了PID控制，有效地提高了传统控制方法的性能，同时也促进了先进控制方法的应用。CN103345150ACN10345ACN103345150A权利要求书1/2页1.预测函数控制优化的废塑料炼油裂解炉炉膛温度控制方法，其特征在于该方法的具体步骤是：步骤(1).通过裂解炉炉膛温度对象的实时阶跃响应数据建立被控对象的模型，具体是：1-a.将过程的比例积分微分控制器停留在手动操作状态，操作拨盘使其输出有个阶跃变化，由记录仪表记录实际过程的输出值，将实际过程输出值yp(k)的响应曲线转换成无量*纲形式yp(k)：*yp(k)＝yp(k)/yp(∞)其中，yp(∞)是比例积分微分控制器的输出有阶跃变化时的实际过程输出yp(k)的稳态值；**1-b.选取满足yp(k1)＝0.39以及yp(k2)＝0.63的两个计算点k1和k2，依据下式计算过程对象的模型参数Km、T和τ：Km＝yp(∞)/qT＝2(k1-k2)τ＝2k1-k2最后得到的过程对象的传递函数为：其中，q为过程的比例积分微分控制器输出的阶跃变化幅度，G(s)为过程对象的传递函数，s为拉普拉斯变换算子，Km为模型的增益系数，T为模型的时间常数，τ为模型的滞后时间参数；步骤(2).设计过程对象的PID控制器，具体是：2-a.对得到的传递函数在采样时间Ts下加一个零阶保持器离散化，得到离散模型为ym(k)＝amym(k-1)+Km(1-am)u(k-1-L)ym(k)为k时刻的过程对象模型预测输出，u(k-1-L)为k-1-L时刻的过程对象的控制输入，L为离散传递函数模型的时滞，L＝τ/Ts；2-b.计算过程对象去掉纯滞后以后在预测函数控制下的第P步预测输出，形式如下：ymav(k)＝amymav(k-1)+Km(1-am)u(k-1)PPymav(k+P)＝amymav(k)+Km(1-am)u(k)其中，P为预测步长，ymav(k+P)为k时刻去掉纯滞后的过程对象在预测函数控制下的第P步预测输出，ymav(k)为k时刻去掉纯滞后的过程模型输出；2-c.修正当前时刻的实际输出得到包含未来预测信息的新的过程际输出值，形式如下：yPav(k)＝yP(k)+ymav(k)-ymav(k-L)其中，yPav(k)为校正得到的k时刻包含未来预测信息的新的过程输出值，yP(k)为k时刻的实际输出值；2-d.选取预测函数控制方法的参考轨迹yr(k+P)以及目标函数J，形式如下：PPyr(k+P)＝βyp(k)+(1-β)c(k)2CN103345150A权利要求书2/2页2J＝min(yr(k+P)-ymav(k+P)-e(k))e(k)＝ypav(k)-ymav(k)其中，β为参考轨迹柔化系数，c(k)为k时刻的设定值，e(k)为k时刻校正的误差值；2-e.依据步骤2-d中的目标函数求解PID控制器中的参数，这里将控制量u(k)进行变换：u(k)＝u(k-1)+Kp(e1(k)-e1(k-1))+Kie1(k)+Kd(e1(k)-2e1(k-1)+e1(k-2))e1(k)＝βyp(k-1)+(1-β)c(k-1)-yp(k)进一步化简为：u(k)＝u(k-1)+w(k)ΤE(k)Τw(k)＝[w1(k),w2(k),w3(k)]w1(k)＝Kp+Ki+Kd,w2(k)＝-Kp-2Kd,w3(k)＝KdΤE(k)＝[e1(k),e1(k-1),e1(k-2)]其中，Kp、Ki、Kd分别为PID控制器的比例、积分、微分参数，e1(k)为k时刻参考轨迹值与实际输出值之间的误差，Τ为矩阵的转置符号；结合上述式子，可以求得：进一步可以得到：Kp＝-w2(k)-2KdKi＝w1(k)-