基于閉環(huán)階躍測(cè)試的工業(yè)多變量過程分散辨識(shí)與自整定PID控制.pdf

1、近些年來,閉環(huán)測(cè)試條件下的多變量系統(tǒng)辨識(shí)問題一直是工業(yè)過程控制領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一,它在多變量控制器參數(shù)調(diào)整以及多工況工業(yè)過程的自整定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值.然而,目前在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中廣泛采用的繼電反饋閉環(huán)辨識(shí)方法實(shí)際上是在系統(tǒng)處于小幅振蕩狀態(tài)下進(jìn)行的,對(duì)于實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成一定的影響.為此,本論文圍繞工業(yè)多變量過程的辨識(shí)與控制問題提出了一種新的基于閉環(huán)階躍測(cè)試的多變量系統(tǒng)分散閉環(huán)辨識(shí)方法及其在自整定

2、.PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.本論文的主要內(nèi)容包括: ●通過系統(tǒng)分析分散控制結(jié)構(gòu)下多變量閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部各變量之間的關(guān)系,提出了一種基于閉環(huán)階躍測(cè)試的多變量辨識(shí)方法,同時(shí)給出并證明了這種方法的可辨識(shí)性條件.該方法的主要特點(diǎn)在于它通過對(duì)各閉環(huán)系統(tǒng)變量的階躍響應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)亟M合,將一個(gè)內(nèi)部具有復(fù)雜關(guān)聯(lián)耦合的多變量過程分解成多個(gè)等價(jià)的單輸入單輸出(SISO)子過程. ●根據(jù)分解得到的SISO子過程的等效輸入輸出關(guān)系,分別從時(shí)域和頻域

3、的角度出發(fā),給出了建立兩輸入兩輸出(TITO)過程連續(xù)傳遞函數(shù)矩陣模型的工程建模方法;然后,又從頻域的角度,將該方法推廣到n×n維開環(huán)穩(wěn)定的多變量過程的辨識(shí),并分別給出了兩種根據(jù)過程頻率響應(yīng)建立過程傳遞函數(shù)模型的方法--直接法和間接法.通過多種情況下的仿真實(shí)例驗(yàn)證了上述方法的有效性. ●在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)過程中,存在諸多不確定因素,如閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)包含隨機(jī)噪聲干擾以及待辨識(shí)過程具有不穩(wěn)定特性等.針對(duì)隨機(jī)噪聲的抑制問題,本文提出一種簡(jiǎn)單而

4、有效的噪聲抑制方法:即采用常規(guī)的低通濾波器抑制測(cè)量信號(hào)中的高頻噪聲分量,然后在頻率響應(yīng)矩陣計(jì)算公式上加入一個(gè)相位補(bǔ)償項(xiàng)以保證辨識(shí)結(jié)果的無偏性.而針對(duì)開環(huán)不穩(wěn)定過程的閉環(huán)辨識(shí)問題,本文根據(jù)具有RHP極點(diǎn)的不穩(wěn)定過程和積分不穩(wěn)定過程的各自特點(diǎn),從它們的頻率響應(yīng)中提取出必要的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息,從而將不穩(wěn)定過程的結(jié)構(gòu)辨識(shí)問題轉(zhuǎn)化為相對(duì)簡(jiǎn)單的參數(shù)估計(jì)問題.通過上述改進(jìn)與完善,使得本文提出的多變量閉環(huán)辨識(shí)方法能夠進(jìn)一步地滿足工程應(yīng)用的要求. ●

5、針對(duì)在多個(gè)不同的工況下運(yùn)行的多變量過程,將本文提出的基于階躍測(cè)試的多變量閉環(huán)辨識(shí)方法與基于ISE性能指標(biāo)的分散:PID控制器設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來,提出了一種基于閉環(huán)階躍辨識(shí)的多變量自整定分散PID控制策略.最后,通過在一個(gè)四容水位控制系統(tǒng)上的應(yīng)用表明,該自整定:PID控制策略對(duì)于因工況改變而引起被控過程模型的變化表現(xiàn)出很好的適應(yīng)性和良好的控制效果. 總之,本論文系統(tǒng)地提出一種基于閉環(huán)階躍測(cè)試的多變量系統(tǒng)分散辨識(shí)方法,并將其與多變量分