四水箱控制系统的性能评价

针对基于最小方差的性能评价准则由于只考虑时滞引起的性能限制,不适合对PID控制回路进行性能评价的问题,本文采用PID能实现最小方差控制准则,对四水箱控制系统进行性能分析,得到的性能指标比传统最小方差准则明显提高,控制器参数大大改善了过程的输出方差。实验表明,PID能实现最小方差准则能够为PID控制器的性能评价提供一个合理的评价基准,更说明其对特定类型控制器性能评价所具有的实际意义。     

基于多模型混合最小方差控制的时变扰动控制系统性能评估

在实际工业过程中,控制系统经常会受到时变扰动的影响,致使针对单一扰动模型设计的最小方差控制准则不再适用于评估时变扰动控制系统的性能. 当多个扰动信号同时出现时,采用常规多模型切换方法会发生间歇切换进而产生较大的暂态误差,不能准确评估系统当前性能. 针对上述问题,本文提出了一种基于多模型混合最小方差控制准则的性能评估方法. 首先根据每个扰动模型分别制定最小方差控制器,组成多模型最小方差控制器,然后在每个时间点混合多模型最小方差控制器,并将在其作用下的输出方差作为最终的性能评估基准,该方法既 充分考虑到每个扰动的特性,又避免了常规多模型切换方法因间歇切换而产生的暂态误差对评估结果准确性带来的影响,实现了准确、可靠地评估时变扰动控制系统的性能. 通过仿真,验证了基于多模型混合最小方差控制准则的性能评估方法的有效性.     

双层结构PID控制器性能评估研究

针对工业过程常规PID控制回路普遍存在性能退化的现状,提出了1种基于双层结构的PID控制器性能评估方法,该方法可综合地评估PID控制器的性能.其中第1层次的评估只需最少量的过程信息,即采用最小方差基准和脉冲响应曲线方法对PID控制器的随机性性能和确定性性能两方面给出初步的评估.第2层次是基于PID结构的控制器性能评估,这个层次的评估更符合生产实际,但需要用到更多的过程知识和信息.最后将所提出的方法分别应用于仿真过程和工业实际过程.     

闭环变量带误差系统的控制器设计

针对目前大多数系统的研究中,只考虑输出被误差干扰的情况,提出了一种闭环变量带误差系统模型(输入和输出信号均被噪声干扰),并对该系统的控制器进行设计。采用最小方差控制来对控制器进行设计,设计完成最小方差控制器以及自校正最小方差控制器。然后应用最小方差性能指标来评估控制器性能,并通过仿真验证控制器性能。     

一种基于初始闭环系统的性能评估方法

基于初始闭环系统的输出方差和最小方差指标, 提出了一种新的性能评估方法. 在过程时滞变化的情况下, 基于最小方差指标的评估可能会得到错误的结论, 而新的方法可以避免这一缺点. 扩展的性能指标以控制器投运后的初始状态作为零基准, 能够更准确地反映操作工系统性能的变化, 能够很好地替代最小方差指标. 利用交互矩阵可将扩展指标推广到多变量系统的评估中, 本文将这一算法应用于精馏塔过程的评估. 精馏塔过程的仿真示例验证了方法的有效性, 表明过程时滞变化时用扩展指标来进行评估更能反映系统性能的变化.     

PID控制器的性能监控与评估

为了解决目前工业系统中普遍使用的PID控制器由于工况变化等原因引起的系统发生时变而导致所在回路PID控制器性能可能下降的问题,本文提出了一种专门针对PID控制器进行性能评估、优化及监控的方法,即:PID循环评估优化算法。该算法利用系统闭环输入输出数据,使用基于MVC(minimum variance control)的PID最小方差准则,来对PID控制器的性能进行评估,并且计算出在最小方差意义下最优PID控制器参数;评估过程结果与现实系统输出方差进行比较,做为PID参数在线优化的判断依据,当现实系统性能低于某一标准的时候对控制器进行优化处理。在整个算法中,通过输入输出数据的处理与判断,利用评估优化后的PID参数对系统进行控制,并再次回到最初的输入输出数据的处理和判断过程,实现在控制过程中的系统性能监控。本文的计算机仿真试验验证了该方法的有效性,由图可看出,系统发生渐变和突变后,当输出方差超过了程序限定的标准时,在1 300秒内系统能自动评估并施行优化而达到稳定。该循环评估优化算法现实了在对系统进行性能评估监控的同时,能按照一定条件作为标准对系统的PID参数进行优化,最终使得系统具有自我监控评估和自我优化的能力...     

广义最小方差自校正重置PID控制器及其在压力系统中的应用研究

针对压力系统的纯延迟、大惯性、非线性、时变等特点,本文将重置控制和以广义最小方差为性能指标的自校正PID控制相结合,提出一种广义最小方差自校正重置PID控制方法。该方法首先根据被控对象的数学模型,以广义最小方差为目标设计广义最小方差控制器,通过选择该控制器的分母多项式,求解Diophantine方程,得到具有PID结构形式的广义最小方差控制器,再在该控制器的积分项中引入重置控制,构成广义最小方差重置PID控制;对于模型未知或参数慢时变的被控对象,通过采用带遗忘因子的递推最小二乘法构建系统的自适应机制,增强控制系统的自适应能力和鲁棒性。最后,将该控制方法应用于压力容器的恒值控制中,获得了比较满意的控制效果。     

基于数据驱动的控制器综合性能优化

为了提高过程回路的控制性能,提出一种基于数据驱动的控制器综合性能优化方法.首先,通过分析虚拟参考反馈校正方法与内模控制器设计过程的联系,确定数据驱动控制器校正所需参考模型的结构;然后,定义一种结合绝对误差积分和最小方差性能基准的综合性能指标,再基于该指标确定参考模型的未决参数;最后,利用控制系统闭环数据实现对控制器参数...     

基于MMTMV方法的多变量时变扰动系统性能评估

工业控制系统性能评估关系到工业生产安全与企业绩效. 工业过程扰动频繁且存在时变特性,多变量时变扰动系统缺少统一有效的性能评估方法. 本文提出了基于多模型混合时变最小方差(Multi-model mixing time-variant minimum variance, MMTMV)的多变量系统性能评估方法. 首先,根据扰动作用起止时间设定混合权重,基于多模型混合的思想利用混合权重与每一时变扰动特性设计多变量MMTMV控制器. 然后,利用多变量MMTMV控制器得出各被控变量输出方差,将多变量MMTMV控制器下被控变量的平均方差作为性能评估的基准. 最后,本文通过在裂解过程和精馏过程中的控制性能评估应用,验证了多变量MMTMV评估方法的有效性.     

前馈反馈线性时变多变量控制系统性能评价

本文研究一类具有可确定“时滞”的线性时变多变量(linear time-varying multiinput-multioutput, LTV MIMO)控制系统的性能评价方法。定义了该类系统中相当于单回路“过程滞后”的矩阵因子——关联矩阵，并利用该关联矩阵和正常乘法提出一套建立线性时变多变量控制回路前馈反馈最小方差(minimum variance, MV)基准的系统化算法和过程．需要考虑到LTV系统特有的计算特性，利用实际最小方差输出而不是关联滤波最小方差输出获得MV基准。理论和仿真研究表明，所提方法能准确和有效地评价线性时变多变量过程．     

基于多模型混合的广义最小方差控制性能评估

针对实际工业过程中控制系统经常会受到时变扰动的影响,致使针对单一扰动模型设计的性能评估方法不再适用于时变扰动控制系统的问题,提出了基于多模型混合的广义最小方差控制性能评估方法．该方法综合考虑被控对象输出方差与控制器输出方差的两个指标,同时提出了一种“判断—加权”的控制器设计策略．首先,在任一时间段选取使广义输出方差最小的控制器,并判断其与上一时间段采用的控制器是否一致;然后,在此基础上采用多模型混合思想进行控制器设计,并将其作用下的广义输出方差作为性能评估的基准．通过乙烯裂解炉仿真,验证了本文所述方法在时变系统性能评估中的有效性．     

PID控制器中随机干扰控制方法的设计与实现

对于大多数工业过程的控制系统,由于PID控制器结构简单易于实现的优点,目前大部分控制系统仍然使用该控制器.随机干扰是工业过程中无法规避的一种影响系统控制精度的因素,且在随机干扰条件下的PID控制器参数整定问题尚未得到足够的重视.因此,针对上述问题,提出了一种输出方差最优的PID参数整定方法,将参数整定问题转化为一个非凸优化问题,采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)求得全局最优解,实现了最小方差PID参数整定.仿真算例验证了上述方法及算法的有效性.     

随机系统的多模型直接自适应解耦控制器

针对多变量离散时间随机系统, 提出了一种采用广义最小方差性能指标的多模型直接自适应解耦控制器. 该多模型控制器由多个固定控制器和两个自适应控制器构成. 固定控制器用以覆盖系统参数的可能变化范围, 自适应控制器用以保证系统的稳定性和提高暂态性能. 该多模型控制器利用矩阵的伪交换性和拟Diophantine方程性质, 基于广义最小方差性能指标, 将随机系统辨识算法和最优控制器设计相结合, 直接辨识出控制器的参数, 通过广义最小方差性能指标中加权多项式的选取,不但实现了多变量系统的动态解耦控制, 而且消除了稳态误差、配置了闭环极点. 文末给出了全局收敛性分析. 仿真结果表明该方法明显优于常规自适应控制器.     

线性混杂自动机的非线性广义最小方差控制

研究线性混杂自动机(LHA) 模型. 线性混杂自动机在一定条件下可以转化成与之等价的状态依赖空间模型, 等价性是指两个系统所产生的轨迹是相同的. 采用非线性广义最小方差算法对状态依赖空间模型进行控制器的设计, 非线性广义最小方差控制器的设计则基于更为一般的非线性模型, 模型中可含有时滞项和外界干扰, 控制器的计算过程简单且易于实现. 仿真结果表明, 非线性广义最小方差控制算法能够有效地控制线性混杂自动机, 而且在系统存在延时、干扰以及噪声的情况下能够得到较为理想的控制效果.     

直流电机控制系统性能评价及控制优化

随着工厂中控制回路的增多,对控制系统进行性能评价,并对控制器进行优化非常必要。对基于最小方差准则的性能评价方法进行理论研究和算法推导,采用了线性回归算法来评价控制系统的性能。同时,基于直流电动机模型设计极点配置反馈控制器,采用按极点配置设计状态观测器的方法,通过观测器模型设计完成状态反馈,利用被控的状态模型设计极点配置的复合控制器,完成两种设计方法的比较。利用Ackermann公式计算出状态观测器模型,完成系统设计。通过仿真,分析了基于极点配置及状态观测器设计的控制器的性能。对控制系统的性能进行实时评估与优化,对于保障工业生产过程的安全、有效运行具有十分重要的意义。     

多变量双环自校正动态解耦控制器

本文提出一种多变量双环自校正动态解耦控制器,该控制器采用在零极点配置基础上叠加最小方差控制的结构,既能实现动态解耦,又改善了伺服跟踪性能,该控制器采用隐式递推算法,参数估计数目少,在线计算量小,仿真结果表明控制效果良好。     

控制系统性能评估中干扰通道模型的选择

控制系统性能评估是过程控制领域的研究热点,理论研究得到了极大重视,在工业上也得到了一定的应用.性能评估的理论依据最小方差控制律属于随机系统最优控制范畴,与传统的控制理论中控制系统通常作为确定性系统来研究存在差异.Eriksson等人曾注意到在某些条件下,基于最小方差控制的性能评估结果可能存在问题.简略介绍了单回路反馈控...     

基于Volterra级数的一类非线性系统性能评估

化工过程多具有非线性特征,针对用线性系统性能评估方法处理非线性系统会存在过估计的情况,研究了一类叠加线性干扰的非线性系统的性能评估问题。通过使用Volterra级数近似非线性环节,把最小方差性能评估问题转化成一类模型辨识问题,并从辨识误差中得到非线性系统的最小方差估计值。通过数值仿真,将新方法所得结果和现有线性性能评估方法进行了比较,验证了设计算法的优越性。     

一种新型自校正控制算法

本文提出一种新型自校正控制器,它兼有最小方差和极点配置控制器的优点.用本算法设计的控制系统,可得到优于用其他最优算法设计系统所获得的跟踪特性,同时又具有对噪声的最小方差控制能力.本算法适用于任何稳定、非稳定、最小相位、非最小相位被控系统.与一般最小方差和极点配置控制算法相比较,本算法具有跟踪精度高、稳态方差小、适用范围广等特点.     

PH过程的非线性最小方差控制

ＰＨ值控制是过程控制中最难控制的变量之一。本文首次用非线性离散Ｈａｍ－ｍｅｒｓ＋ｅｉｎ模型来描述ＰＨ过程，并设计了非线性最小方差控制器。在实验室中和反应器装置上的应用结果表明：Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ模型能较精确地反映ＰＨ过程的非线本质，其最小方差控制系统具有实施简单，性能稳定，控制品质好等优点，对工作点改变有较强的鲁棒性。为ＰＨ过程的控制提供了一条新的有效经。