專利名稱：基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的dmc工程化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DMC工程化方法。
背景技術(shù)：
預(yù)測(cè)控制主要由預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化控制和誤差校正三部分組成。DMC(動(dòng)態(tài)矩陣控制)是廣泛應(yīng)用在工業(yè)過(guò)程控制的一種預(yù)測(cè)控制方法，DMC在實(shí)際應(yīng)用中存在以下四個(gè)問(wèn)題一、DMC的預(yù)測(cè)模型是階躍響應(yīng)非參數(shù)模型，需取階躍響應(yīng)的完整動(dòng)態(tài)過(guò)程從中抽取N個(gè)參數(shù)，而N —般取50左右；因此控制算法實(shí)時(shí)性降低，對(duì)有些快速控制的過(guò)程，不能應(yīng)用DMC ；二、DMC采用誤差校正，但預(yù)測(cè)控制主要針對(duì)有較大時(shí)滯的對(duì)象，而DMC是用即時(shí)誤差校正延遲的對(duì)象，系統(tǒng)的控制指標(biāo)將受到影響；三、目前亦有模型簡(jiǎn)化的方法，但由于簡(jiǎn)化造成模型失配，結(jié)果是實(shí)時(shí)性改善了，系統(tǒng)的精度和魯棒性下降；四、預(yù)測(cè)控制為先進(jìn)控制方法，相對(duì)常規(guī)控制器控制算法復(fù)雜，很難在底層控制裝置實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有一、有些快速控制的過(guò)程，不能應(yīng)用DMC;二、用即時(shí)誤差校正延遲的DMC，在預(yù)測(cè)控制中指標(biāo)受到影響；三、模型簡(jiǎn)化改善了實(shí)時(shí)性卻使系統(tǒng)的精度和魯棒性下降；四、難以實(shí)現(xiàn)底層控制的問(wèn)題，提供一種基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法?；谀Ｐ秃?jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，它包括的具體步驟如下步驟一、測(cè)取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線；建立階次為N的模型，將整個(gè)階躍過(guò)程按時(shí)間等分為N等份，N為自然數(shù)，N的選取包括全部動(dòng)態(tài)過(guò)程；步驟二、簡(jiǎn)化步驟一獲得的模型獲得簡(jiǎn)化模型，具體過(guò)程為降低該模型的階次到n,n<<N ；取等分后的階躍曲線的前η段，來(lái)建立簡(jiǎn)化模型；步驟三、簡(jiǎn)化模型的滾動(dòng)優(yōu)化控制；獲得簡(jiǎn)化模型與實(shí)際系統(tǒng)誤差序列l(wèi)e(k)}；步驟四、建立預(yù)報(bào)誤差模型；通過(guò)誤差序列|e(k)}建立起AR模型；步驟五、判斷步驟四建立的AR模型是否通過(guò)模型檢驗(yàn)否，則返回步驟四；是，則執(zhí)行模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正綜合控制；步驟六、判斷控制效果是否達(dá)到要求否，則返回步驟二 ；是，則用于控制。本發(fā)明具有以下效果1.相對(duì)常規(guī)的DMC預(yù)測(cè)控制，本發(fā)明的方法，控制的實(shí)時(shí)性提高。由于采用模型簡(jiǎn)化，該預(yù)報(bào)模型階次由N降為n-1，而η << N，而且模型的簡(jiǎn)化使得控制律簡(jiǎn)化，使在線計(jì)算量及占用內(nèi)存減少。
2.相對(duì)常規(guī)的DMC預(yù)測(cè)控制，本發(fā)明的方法，控制的精度和魯棒性提高。由于用預(yù)報(bào)誤差代替即時(shí)誤差對(duì)控制進(jìn)行校正，校正及時(shí)，校正準(zhǔn)確，能克服干擾及模型失配帶來(lái)的誤差。3.本發(fā)明將模型簡(jiǎn)化和預(yù)報(bào)誤差校正結(jié)合，起到互補(bǔ)作用。模型簡(jiǎn)化將帶來(lái)模型失配，但這種失配帶來(lái)的模型誤差將用及時(shí)的預(yù)報(bào)誤差進(jìn)行校正，從而實(shí)現(xiàn)在提高實(shí)時(shí)性的前提下，又能保證動(dòng)態(tài)指標(biāo)不受損失。4.本發(fā)明的DMC方法，已有數(shù)字化形式而且簡(jiǎn)單易行，能在底層代替PID控制，從而獲得比PID更好的控制效果。


圖1為本發(fā)明的模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正DMC流程框圖示意圖，圖2為本發(fā)明的工程實(shí)例調(diào)峰爐熱力站控制結(jié)構(gòu)示意圖，圖中ytg 二級(jí)網(wǎng)供水溫度設(shè)定，gl 一級(jí)網(wǎng)流量，tex 換熱器供水溫度，tb 鍋爐供水溫度，tg2 二級(jí)網(wǎng)供水溫度；圖3為模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正DMC結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為本發(fā)明簡(jiǎn)化DMC方法的IMC結(jié)構(gòu)示意圖，圖5為本發(fā)明的預(yù)報(bào)誤差校正器示意圖，圖6為本發(fā)明DMC改進(jìn)方法與基本DMC的比較曲線圖曲線1為設(shè)定曲線，曲線2為基本DMC，曲線3為改進(jìn)的DMC ；圖7為本發(fā)明DMC改進(jìn)方法與基本DMC的比較曲線圖曲線4為基本DMC，曲線5為改進(jìn)的DMC。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括的具體步驟如下步驟一、測(cè)取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線；建立階次為N的模型，將整個(gè)階躍過(guò)程按時(shí)間等分為N等份，N為自然數(shù)，N的選取包括全部動(dòng)態(tài)過(guò)程；步驟二、簡(jiǎn)化步驟一獲得的模型獲得簡(jiǎn)化模型，具體過(guò)程為降低該模型的階次到n,n<<N ；取等分后的階躍曲線的前η段，來(lái)建立簡(jiǎn)化模型；步驟三、簡(jiǎn)化模型的滾動(dòng)優(yōu)化控制；獲得簡(jiǎn)化模型與實(shí)際系統(tǒng)誤差序列Ie (k)}；步驟四、建立預(yù)報(bào)誤差模型；通過(guò)誤差序列|e(k)}建立起AR模型；步驟五、判斷步驟四建立的AR模型是否通過(guò)模型檢驗(yàn)否，則返回步驟四；是，則執(zhí)行模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正綜合控制；步驟六、判斷控制效果是否達(dá)到要求否，則返回步驟二 ；是，則用于控制。
具體實(shí)施方式
二 實(shí)施方式一中的步驟一的具體過(guò)程為DMC的預(yù)測(cè)控制是基于階躍響應(yīng)序列 ，......aN,與采樣周期有關(guān)，DMC 由(1)至(3)表達(dá)式構(gòu)成Ym(k+l) = A Δ U (k)+A0U (k-1)(1)A，Atl 矩陣由 a” a2，…，ειΝ 構(gòu)成；Yp(k+1) = AAU(k)+A0U(k-l)+he(k)(2)e(k)為實(shí)際輸出與模型輸出的誤差，AU(k + i-l) = Df [Yr(k + )-A0Uik-1)-he(k)](3)Df是P維行向量，由預(yù)測(cè)域P，控制域M，A陣及跟蹤和控制加權(quán)陣確定，乙(k+Ι)是設(shè)定值P維列向量，簡(jiǎn)化主要是針對(duì)式中的AtlU(k-Ι)進(jìn)行。其它步驟與實(shí)施方式一相同。過(guò)阻尼對(duì)象的預(yù)測(cè)模型簡(jiǎn)化，DMC的預(yù)測(cè)控制是基于階躍響應(yīng)序列a2，......aN,與采樣周期有關(guān)，N過(guò)大系統(tǒng)實(shí)時(shí)性降低，N過(guò)小則系統(tǒng)控制精度降低； 測(cè)取對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線，在整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程取N = 50，采樣ai，ει2，......a49, a50,
采樣周期I =^;并用最/J乘擬合驗(yàn)證為過(guò)阻尼對(duì)象，其中含兩慣性T1, T2, T1 >> T20具體實(shí)施方式
三實(shí)施方式一中的步驟二中建立簡(jiǎn)化模型的過(guò)程是針對(duì)模型中的A0U (k-Ι)進(jìn)行簡(jiǎn)化降維，具體過(guò)程為系統(tǒng)模型用
權(quán)利要求
1.基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征是它包括的具體步驟如下步驟一、測(cè)取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線；建立階次為N的模型，將整個(gè)階躍過(guò)程按時(shí)間等分為N等份，N為自然數(shù)，N的選取包括全部動(dòng)態(tài)過(guò)程；步驟二、簡(jiǎn)化步驟一獲得的模型獲得簡(jiǎn)化模型，具體過(guò)程為降低該模型的階次到η，η<< N ；取等分后的階躍曲線的前η段，來(lái)建立簡(jiǎn)化模型；步驟三、簡(jiǎn)化模型的滾動(dòng)優(yōu)化控制；獲得簡(jiǎn)化模型與實(shí)際系統(tǒng)誤差序列Ie (k)}；步驟四、建立預(yù)報(bào)誤差模型；通過(guò)誤差序列|e(k)}建立起AR模型；步驟五、判斷步驟四建立的AR模型是否通過(guò)模型檢驗(yàn)否，則返回步驟四；是，則執(zhí)行模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正綜合控制；步驟六、判斷控制效果是否達(dá)到要求否，則返回步驟二 ；是，則用于控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征在于步驟一的具體過(guò)程為DMC的預(yù)測(cè)控制是基于階躍響應(yīng)序列 ，......aN,與采樣周期有關(guān)，DMC 由(1)至(3)表達(dá)式構(gòu)成Ym(k+l) = AAU(k)+A0U(k-l)(1)八，八。矩陣由&1，￡12，…，％構(gòu)成；Yp (k+1) = AAU (k) +A0U (k_l) +he (k)(2)e(k)為實(shí)際輸出與模型輸出的誤差，AU(k+/-1) = Df [Yr{k + \)~A0U(k-1)-he(k)](3)Α"是P維行向量，由預(yù)測(cè)域P，控制域M，A陣及跟蹤和控制加權(quán)陣確定，乙(k+1)是設(shè)定值P維列向量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征在于步驟二中建立簡(jiǎn)化模型的過(guò)程是針對(duì)模型中的AciU(Ic-I)進(jìn)行簡(jiǎn)化降維，具體過(guò)程為系統(tǒng)模型用 G(z_0 = A^+g^2…+gnZ_n'"+gNZ表達(dá)，其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征在于步驟三的具體過(guò)程為將式(6)代入式(3)并取i = 1，得即時(shí)控制1!(10，<k) =[Dr (ζ-1 )7r (k + p)-he(k)](7 )F (ζ )式中的DJz-1)和Fk1)分別用式(8)和式(9)表示Dr (z-1) =(1,(^^..+(1-+1)(8)F(J) = !+C1Z-1+- +C^^z-^^+C^z-^+··· +C^^-^1' (9)式中 Ck = bk-bj^q, k = 1,…，n-p-l, Ck = ^掛‘品，k = n_p,…，n_l,
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征在于步驟四的具體過(guò)程為模型誤差e(k)是由于預(yù)測(cè)模型失配和系統(tǒng)干擾產(chǎn)生的，e(k)是非平穩(wěn)序列，經(jīng)差分ω (k) = e(k)-e(k-l)后，ω (k)為平穩(wěn)隨機(jī)序列，平穩(wěn)隨機(jī)序列用式(10)描述
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征在于步驟五的具體過(guò)程為取得參數(shù)估計(jì)結(jié)果，名， 2…式為已知，應(yīng)用最小方差預(yù)報(bào)原理，給出
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，其特征在于步驟六的具體過(guò)程為模型簡(jiǎn)化提高常規(guī)DMC的實(shí)時(shí)性，預(yù)報(bào)誤差校正提高常規(guī)DMC的精度和魯棒性；Gb—1)為對(duì)象模型，Gjz—1)為簡(jiǎn)化的預(yù)測(cè)模型，P(ζ—1)為預(yù)報(bào)誤差校正器，H(ζ—1)= Dk1)；控制u(k)的表達(dá)式?、鞼h尸)-雄+尸/幻]。
全文摘要
基于模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正的DMC工程化方法，涉及DMC工程化方法，解決了現(xiàn)有一、有些快速控制的過(guò)程，不能應(yīng)用DMC；二、即時(shí)誤差校正延遲的DMC，在預(yù)測(cè)控制中指標(biāo)受到影響；三、模型簡(jiǎn)化改善了實(shí)時(shí)性卻使系統(tǒng)的精度和魯棒性下降；四、難以實(shí)現(xiàn)底層控制的問(wèn)題，它包括具體步驟為步驟一、測(cè)取系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線；建立階次為N的模型；步驟二、簡(jiǎn)化模型，降低模型階次到n；步驟三、簡(jiǎn)化模型的滾動(dòng)優(yōu)化控制；步驟四、建立預(yù)報(bào)誤差模型；步驟五、判斷模型檢驗(yàn)是否通過(guò)否，則返回步驟四；是，則執(zhí)行模型簡(jiǎn)化與預(yù)報(bào)誤差校正綜合控制；步驟六、判斷控制效果是否達(dá)到要求否，則返回步驟二；是，則用于控制。用于DMC工程控制。
文檔編號(hào)G05B13/00GK102393628SQ20111027173
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者鄧盛川, 齊維貴 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)