專利名稱：一種工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于滑模技術(shù)的工業(yè)控制系統(tǒng)降階與解耦方法。
背景技術(shù)：
實際工業(yè)控制系統(tǒng)通常由相互關(guān)聯(lián)的多個子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)一般由執(zhí)行器和對象兩部分構(gòu)成，控制系統(tǒng)根據(jù)對象輸出與設(shè)定值之間的偏差，調(diào)節(jié)執(zhí)行器的參考輸入， 從而達到控制對象輸出的目的。實際工業(yè)控制系統(tǒng)中常采用的傳統(tǒng)PID控制器，通常各個子系統(tǒng)分散控制，且不考慮執(zhí)行器動態(tài)。這種控制方案具有如下兩個問題(1)無法處理執(zhí)行器動態(tài)。實際工業(yè)系統(tǒng)中的執(zhí)行器，如液壓設(shè)備、電機設(shè)備等，通常具有復雜的內(nèi)環(huán)控制系統(tǒng)，以保證其快速響應(yīng)性和高度精確性，但由于器件的非理想特性，執(zhí)行器通常具有時延、洄滯、死區(qū)等情況。若在控制系統(tǒng)設(shè)計中，不考慮此動態(tài)，必將惡化控制系統(tǒng)性能。但另一方面，若對每個執(zhí)行器都列寫方程，進而設(shè)計控制器，又會大大增加系統(tǒng)維數(shù)，使控制器設(shè)計難度成倍加大。(2)無法處理子系統(tǒng)間耦合。通常情況下，實際工業(yè)系統(tǒng)的各子系統(tǒng)之間都存在各種各樣的耦合，對于這些耦合，若不進行處理，對閉環(huán)控制系統(tǒng)的精度必將造成影響。但另一方面，這些耦合，往往結(jié)構(gòu)簡單直接，采用系統(tǒng)的解耦控制方法，又會失去控制器設(shè)計的靈活性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，本發(fā)明的方法降低了系統(tǒng)階數(shù)，簡化了控制器設(shè)計，優(yōu)化了閉環(huán)系統(tǒng)性能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，所述工業(yè)控制系統(tǒng)包括多個子系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟A)、建立包括執(zhí)行器動態(tài)和所述子系統(tǒng)之間耦合的工業(yè)控制系統(tǒng)的非線性狀態(tài)空間模型；B)、設(shè)計各個降階的所述子系統(tǒng)的期望閉環(huán)動態(tài)；C)、依據(jù)所述期望閉環(huán)動態(tài)，選擇滑模面；D)、設(shè)計滑?？刂破鳎顾鲎酉到y(tǒng)在所述滑模面上具有所述期望閉環(huán)動態(tài)，實現(xiàn)所述子系統(tǒng)之間解耦，并使得所述子系統(tǒng)在執(zhí)行器動態(tài)引起誤差的情況下，仍然能保證在有限時間內(nèi)收斂到所述滑模面；E)、使用飽和函數(shù)近似所述滑?？刂破髦械拈_關(guān)函數(shù)，并調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)，以優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)性能。進一步地，其中所述步驟A)的所述非線性狀態(tài)空間模型為
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，所述工業(yè)控制系統(tǒng)包括多個子系統(tǒng)，其特征在于，包括如下步驟A)、建立包括執(zhí)行器動態(tài)和所述子系統(tǒng)之間耦合的工業(yè)控制系統(tǒng)的非線性狀態(tài)空間模型；B)、設(shè)計各個降階的所述子系統(tǒng)的期望閉環(huán)動態(tài)；C)、依據(jù)所述期望閉環(huán)動態(tài)，選擇滑模面；D)、設(shè)計滑?？刂破?，使所述子系統(tǒng)在所述滑模面上具有所述期望閉環(huán)動態(tài)，實現(xiàn)所述子系統(tǒng)之間解耦，并使得所述子系統(tǒng)在執(zhí)行器動態(tài)引起誤差的情況下，仍然能保證在有限時間內(nèi)收斂到所述滑模面；E)、使用飽和函數(shù)近似所述滑?？刂破髦械拈_關(guān)函數(shù)，并調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)，以優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)性能。
2.如權(quán)利要求1所述的工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，其中所述步驟A)的所述非線性狀態(tài)空間模型為
3.如權(quán)利要求2所述的工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，其中所述步驟B)包括以下步驟
4.如權(quán)利要求3所述的工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，其中所述步驟C)包括以下步驟步驟Cl)、對子系統(tǒng)1，取滑模面& = ^(0 + αι0ξι0( + αΙξ；(0 = 0； 步驟C2)、對子系統(tǒng)η，取滑模面、=+= 0。
5.如權(quán)利要求4所述的工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，其中所述步驟D)包括以下步驟步驟Dl)、對子系統(tǒng)1，假設(shè)非線性耦合項ξ S…，ξ η)可測，且測量誤差， 其中5為測量裝置的額定誤差的上界，取滑?？刂破髌渲?，
6.如權(quán)要求5所述的工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，其中所述步驟Ε)的所述關(guān)鍵參數(shù)包括各個所述子系統(tǒng)的期望閉環(huán)極點和飽和近似函數(shù)參數(shù)ε S其中，1 < i < η， 1彡Hii彡η,-1, η,為第i個子系統(tǒng)的階數(shù)。
7.如權(quán)要求1所述的工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，所述工業(yè)控制系統(tǒng)為帶鋼熱連軋控制系統(tǒng)，所述帶鋼熱連軋控制系統(tǒng)至少包括活套動態(tài)控制子系統(tǒng)和張力動態(tài)控制子系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工業(yè)控制系統(tǒng)的降階與解耦方法，所述工業(yè)控制系統(tǒng)包括多個子系統(tǒng)，包括如下步驟A)、建立包括執(zhí)行器動態(tài)和所述子系統(tǒng)之間耦合的工業(yè)控制系統(tǒng)的非線性狀態(tài)空間模型；B)、設(shè)計各個降階的所述子系統(tǒng)的期望閉環(huán)動態(tài)；C)、依據(jù)所述期望閉環(huán)動態(tài)，選擇滑模面；D)、設(shè)計滑模控制器，使所述子系統(tǒng)在所述滑模面上具有所述期望閉環(huán)動態(tài)，實現(xiàn)所述子系統(tǒng)之間解耦，并使得所述子系統(tǒng)在執(zhí)行器動態(tài)引起誤差的情況下，仍然能保證在有限時間內(nèi)收斂到所述滑模面；E)、使用飽和函數(shù)近似所述滑?？刂破髦械拈_關(guān)函數(shù)，并調(diào)節(jié)關(guān)鍵參數(shù)，以優(yōu)化閉環(huán)系統(tǒng)性能。本發(fā)明的方法降低了系統(tǒng)階數(shù)，簡化了控制器設(shè)計，優(yōu)化了閉環(huán)系統(tǒng)性能。
文檔編號G05B13/04GK102354115SQ201110222978
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月4日
發(fā)明者仲兆準, 王景成 申請人:上海交通大學