专利名称：通过确定系统参数模型进行工业控制的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及过程控制技术领域，尤其涉及一种通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法和一种通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置。
背景技术：
相当多的エ业过程系统或对象都具有大惯性、纯迟延和慢时变的特点。慢时变过程系统參数模型辨识是现代先进控制技术的ー个重要基础，參数模型辨识是否准确直接影响到控制策略的效果。从工程应用的角度出发，对于高阶过程系统的參数模型辨识，一般需要做降阶处理。由于ニ阶系统最具有代表性和通用性，因此高阶过程系统通常可以近似为包括ニ阶时滞环节的參数模型。目前，对于エ业过程系统的近似參数模型辨识，一般做法是通过系统激励响应信 号在时间域上相似度进行辨识。但由于ニ阶时滞环节參数在基于时间域上的分析和计算方法相当的复杂和繁琐，而且參数模型在エ业过程系统中直接起作用的是參数模型在频率域的频率特性。參数模型在时间域上的相似度与參数模型在频率域的频率特性之间只是ー个间接的和不确定的关系，因此系统參数模型辨识是否准确还必须进行频率特性上的校验，但是基于时间域上相似度进行的系统參数模型辨识无法提供频率特性的校验手段，因此參数模型在频率域的准确度无法保证，这样不利于进行エ业控制，准确性和安全性都无法保证。
发明内容
为解决上述存在的问题，本发明提供了一种通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法和一种通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置。一种通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法，包括以下步骤建立包括ニ阶时滞环节的系统參数模型；选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值；根据获取的各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值，计算所述建立的系统參数模型的參数；根据计算的系统參数模型的參数，确定系统的參数模型；根据确定的系统參数模型进行エ业控制。与一般技术相比，本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法，能够通过若干个频率点的频率特性数据，依据在频率域频率特性上的相似度对系统的近似參数模型进行辨识，进而通过辨识的系统參数模型进行エ业控制。这种从频率特性上分析计算ニ阶时滞环节參数的方法，计算方法相对简单和准确。并且从工程实际的角度出发，使用本发明所确定的系统參数模型较为简化，便于工程应用。一种通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置，包括系统參数模型建立模块、辨识频率点获取模块、參数计算模块、參数模型确定模块和エ业控制模块；
所述系统參数模型建立模块用于建立包括ニ阶时滞环节的系统參数模型；所述辨识频率点获取模块用于选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值；所述參数计算模块用于根据获取的各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值，计算所述建立的系统參数模型的參数；所述參数模型确定模块用于根据计算的系统參数模型的參数，确定系统的參数模型；所述エ业控制模块用于根据确定的系统參数模型进行エ业控制。与一般技术相比，本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置， 能够通过若干个频率点的频率特性数据，依据在频率域频率特性上的相似度对系统的近似模型进行辨识，进而通过辨识的系统模型进行エ业控制。该装置从频率特性上分析计算ニ阶时滞环节參数，计算相对简单和准确。并且从工程实际的角度出发，使用本发明所确定的系统參数模型较为简化，便于工程应用。
图I是本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法的示意流程图；图2是本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置的结构示意图；图3是应用本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置的实施例效果4是应用本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置的实施例效果图
--O
具体实施例方式为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。请參阅图1，为本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法的示意流程图。本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法，包括以下步骤SlOl建立包括ニ阶时滞环节的系统參数模型；在实际工程控制中，ニ阶系统模型最具代表性和通用性，实际高阶系统用ニ阶时滞环节降阶简化具有较高的准确度。作为其中一个实施例，可按照如下模型建立包括ニ阶时滞环节的系统參数模型[。。28] _其中，K为静态增益參数，Θ为时滞常数，a和b为ニ阶环节參数。S102选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值；如何用简化的參数模型代表实际高阶系统的特性是ー个优化问题。作为其中一个实施例，选取第一辨识频率点Q1、第二辨识频率点ω2和第三辨
识频率点ω 3,并获取其幅频增益值G ( ω J、G ( ω 2)、G ( ω 3)和相频相位值が(叫)、幽)、φ{α\)。闭环系统稳定性是由开环系统频率特性所决定的，并且主要是由相位-180°以内的频率特性所決定的。实践证明，简化參数模型在相位-180°以内频率段的频率特性与实际系统频率特性越逼近，代表实际系统的准确度也越高。因此，可在相位-180°以内的频率段，抽取少量频率特性数据计算实际高阶系统简化或近似的ニ阶时滞环节參数。上述第一辨识频率点Q1可选择为ー个较低值，数值上远低于第二辨识频率ω2和第三辨识频率ω3。第三辨识频率ω3选择在相位-180°附近的ー个频率，第二辨识频率ω2可选择为第一辨识频率的O. 5倍。S103根据获取的各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值，计算所述建立的系统參数模型的參数；如果获取的第一辨识频率点ω i的相频相位值小于预设值，则将第一辨识频率点Q1的幅频增益值G(Co1)确定为參数K ;如果获取的第一辨识频率点Q1的相频相位值炉(崎)大于或者等于预设值，则重新获取第一辨识频率点ωい直至其相频相位值炉(崎)小于
预设值，并将第一辨识频率点Q1的幅频增益值G(Co1)确定为參数K。作为其中一个实施例，所述预设值可选取为-5°，即当选取的第一辨识频率点Q1
的相频相位值P(M)小于-5°时，将第一辨识频率点O1的幅频增益值G(Co1)确定为參数K0将步骤SlOl中建立的模型转换为幅频特性式，并进行适当变形，可得下式^(\~aory +{ha)1
O(o>)利用上述模型幅频特性公式，井根据计算得到的參数K、第二辨识频率点ω2和对应的幅频增益值G(Co2)和第三辨识频率点ω3和对应的幅频增益值G(co3)，得到计算參数a的公式
(ω,Κ / (バ职))'/ (/(ctx))" + οχ - ο "利用上述模型幅频特性公式，井根据计算得到的參数K、參数a和第三辨识频率点ω3和对应的幅频增益值G(Co3),得到计算參数b的公式
(-)2 - (I - αω%2 fb = xGjmiYJ ·根据计算得到的參数a和參数b来计算模型在第三辨识频率点ω3的相频相位值arctan(IT^7)°根据第三辨识频率点ω3的相频相位值()计算得到在第三辨识频率点《3时滞环节的相频相位值。其三者关系为 arctaiH 1 _ α{ω Y) + —^ΓΘ = ，则得到计算參数0的公式
卜^:[剩-arctaiV^yuS104根据计算的系统參数模型的參数，确定系统的參数模型。
在步骤S103计算出系统參数模型的各个參数之后，可确定系统的參数模型。从而利用该确定的模型进行エ业控制。S105根据确定的系统參数模型进行エ业控制。根据步骤S104确定的系统的參数模型，可用于エ业控制。系统參数模型广泛的应用于现代エ业过程控制中，在优化系统运行方面具有不可估量的作用。例如，以下エ业控制领域流量控制、液位控制、压カ控制、温度控制、PH值控制、转速控制、传热设备的控制、エ业窑炉的控制、エ业锅炉的控制、塑料成型过程控制、化学反应过程控制、生化过程的检测与控制、聚合反应过程控制、エ业生产环保装置的控制与优化、合成氨装置的计算机控制与优化、常减压装置的先进控制与优化、催化裂化装置的计算机控制与优化、こ烯装置的计算机控制等，均可应用本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法。与一般技术相比，本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的方法，能够通过若干个频率点的频率特性数据，通过信号在频率域上的相似度对系统的近似模型进行辨识，进而通过辨识的系统模型进行エ业控制。这种从频率特性上分析计算ニ阶时滞环节參数的方法，计算方法相对简单和准确。并且从工程实际的角度出发，使用本发明所确定的系统參数模型较为简化，便于工程应用。请參阅图2，为本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置的结构示意图。本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置，包括系统參数模型建立模块201、辨识频率点获取模块202、參数计算模块203、參数模型确定模块204和エ业控制模块205 ；所述系统參数模型建立模块201用于建立包括ニ阶时滞环节的系统參数模型；在实际工程控制中，ニ阶系统模型最具代表性和通用性，实际高阶系统用ニ阶时滞环节降阶简化具有较高的准确度。优选的，可按照如下模型建立包括ニ阶时滞环节的系统參数模型畔^^'其中，K为静态增益參数，Θ为时滞常数，a和b为ニ阶环节參数。所述辨识频率点获取模块202用于选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值；作为其中一个实施例，选取第一辨识频率点Q1、第二辨识频率点ω2和第三辨识频率点ω 3,并获取其幅频增益值G (ω j、G (ω 2)、G (ω 3)和相频相位值例'岬)、φ(ω,)、可在相位-180°以内的频率段，抽取少量频率特性数据计算实际高阶系统简化或近似的ニ阶时滞环节參数。上述第一辨识频率点Q1可选择为ー个较低值，数值上远低于第二辨识频率ω2和第三辨识频率ω3。第三辨识频率ω3选择在相位-180°附近的ー个频率，第二辨识频率ω2可选择为第一辨识频率的O. 5倍。所述參数计算模块203用于根据获取的各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值，计算所述建立的系统參数模型的參数；如果获取的第一辨识频率点Q1的相频相位值小于预设值，则将第一辨识频率点Q1的幅频增益值G(Co1)确定为參数K ;如果获取的第一辨识频率点Q1的相频相位值炉(叫)大于或者等于预设值，则重新获取第一辨识频率点Q1，直至其相频相位值舛崎)小于
预设值，并将第一辨识频率点Q1的幅频增益值G(Co1)确定为參数K。 作为其中一个实施例，所述预设值可选取为-5°，即当选取的第一辨识频率点Q1
的相频相位值が碑)小于-5°时，将第一辨识频率点O1的幅频增益值G(Co1)确定为參数K0根据计算得到的參数K、第二辨识频率点ω2和对应的幅频增益值G(Co2)、第三辨识频率点ω 3和对应的幅频增益值G (ω 3)，按照下式计算參数a a = \{ω,Κ i (}{ω2) ~{ω2Κ i G(ω,))- + 岣--·
]jCoJl - ca^co^根据计算得到的參数K、參数a、第三辨识频率点ω 3和对应的幅频增益值G ( ω 3)，按照下式计算參数b :
(-)2 — (1-腳,2)2. G(OX)3
I マ ，根据计算得到的參数a、參数b、第三辨识频率点ω 3和对应的相频相位值啊’
按照下式计算參数Θ
ハIn r , 、A ,bah、
θ = —~) - arctan(--rj]。
JuO .ΚI — f7 (OJ i)所述參数模型确定模块204用于根据计算的系统參数模型的參数，确定系统的參数模型。在计算出系统參数模型的各个參数之后，可确定系统的參数模型，从而利用该确定的模型进行エ业控制。所述エ业控制模块205用于根据确定的系统參数模型进行エ业控制。
根据确定的系统的參数模型，可用于エ业控制。系统參数模型广泛的应用于现代エ业过程控制中，在优化系统运行方面具有不可估量的作用。例如，以下エ业控制领域流量控制、液位控制、压カ控制、温度控制、PH值控制、转速控制、传热设备的控制、エ业窑炉的控制、エ业锅炉的控制、塑料成型过程控制、化学反应过程控制、生化过程的检测与控制、聚合反应过程控制、エ业生产环保装置的控制与优化、合成氨装置的计算机控制与优化、常减压装置的先进控制与优化、催化裂化装置的计算机控制与优化、こ烯装置的计算机控制等，均可应用本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置。与一般技术相比，本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置，能够通过若干个频率点的频率特性数据，通过信号在频率域上的相似度对系统的近似模型进行辨识，进而通过辨识的系统模型进行エ业控制。该装置从频率特性上分析计算ニ阶时滞环节參数，计算相对简单和准确。并且从工程实际的角度出发，使用本发明所确定的系统參数模型较为简化，便于工程应用。
图3和图4分别是应用本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置的实施例效果图一和ニ。应用本发明通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置对原型为1.2/(20S+1)4的4阶惯性环节的近似ニ阶时滞环节參数模型进行辨识得到ΜΘ3.57 よ:.遍 + 广—图3反应的是近似ニ阶时滞环节參数模型与它的原型在时间域的阶跃响应特性对比效果。图4反应的是近似ニ阶时滞环节參数模型与它的原型在频率域的幅频特性与相频特性对比效果。从上述两图可得，采用本发明所提供的通过确定系统參数模型进行エ业控制的装置，通过信号在频率域上的相似度对系统模型进行辨识的结果，较为简单和准确，从而便于工程应用。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种通过确定系统参数模型进行工业控制的方法，其特征在于，包括以下步骤建立包括二阶时滞环节的系统参数模型；选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值；根据获取的各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值，计算所述建立的系统参数模 型的参数；根据计算的系统参数模型的参数，确定系统的参数模型；根据确定的系统参数模型进行工业控制。
2.根据权利要求1所述的通过确定系统参数模型进行工业控制的方法，其特征在于， 所述建立包括二阶时滞环节的系统参数模型的步骤，包括以下步骤按照如下模型建立包括二阶时滞环节的系统参数模型
3.根据权利要求2所述的通过确定系统参数模型进行工业控制的方法，其特征在于， 包括以下步骤选取第一辨识频率点、第二辨识频率点和第三辨识频率点，并获取其幅频增 ￡fL值G(w1)>G(w2)>G(w3)和相频相似值供(與)、炉( 2)、炉( 3)，如果获取的第一辨识频率点的相频相位值#叫)小于预设值，则将第一辨识频率点 %的幅频增益值GO J确定为参数K;如果获取的第一辨识频率点的相频相位值大于或者等于预设值，则重新获取第一辨识频率点，直至其相频相位值小于预设值，并将第一辨识频率点的幅频 增益值6(0^)确定为参数K;根据计算得到的参数K、第二辨识频率点的幅频增益值G( 2)和第三辨识频率点 3的幅频增益值G ( 3)，按照下式计算参数a
4.一种通过确定系统参数模型进行工业控制的装置，其特征在于，包括系统参数模型 建立模块、辨识频率点获取模块、参数计算模块、参数模型确定模块和工业控制模块；所述系统参数模型建立模块用于建立包括二阶时滞环节的系统参数模型；所述辨识频率点获取模块用于选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增 益值和相频相位值；所述参数计算模块用于根据获取的各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值，计算 所述建立的系统参数模型的参数；所述参数模型确定模块用于根据计算的系统参数模型的参数，确定系统的参数模型； 所述工业控制模块用于根据确定的系统参数模型进行工业控制。
5.根据权利要求4所述的通过确定系统参数模型进行工业控制的装置，其特征在于， 所述系统参数模型建立模块用于按照如下模型建立包括二阶时滞环节的系统参数模型
全文摘要
本发明公开了一种通过确定系统参数模型进行工业控制的方法，包括建立包括二阶时滞环节的系统参数模型；选取若干个辨识频率点，获取各个辨识频率点的幅频增益值和相频相位值；计算所述建立的系统参数模型的参数；确定系统的参数模型；根据确定的系统参数模型进行工业控制。还公开了一种通过确定系统参数模型进行工业控制的装置，包括系统参数模型建立模块、辨识频率点获取模块、参数计算模块、参数模型确定模块和工业控制模块。本发明能够通过若干个频率点的频率特性数据，依据在频率域频率特性上的相似度对系统的近似参数模型进行辨识，进而通过辨识的系统参数模型进行工业控制。从频率特性上分析计算二阶时滞环节参数，计算相对简单和准确。
文档编号G05B13/04GK102662326SQ201210138979
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月4日 优先权日2012年5月4日
发明者万文军, 庞志强, 李军, 李鑫亮, 舒探宇 申请人:广东电网公司电力科学研究院