一种最速控制系统过程给定形成装置及其控制方法与流程

本发明涉及过程控制，具体地，涉及一种最速控制系统过程给定形成装置及其控制方法。

背景技术：

1、现有技术中，为了提高工业控制过程中的反馈控制性能，研究人员提出使用最速控制器(engineering fastest controller，efc)，其中所述最速控制器包括：最速比例－积分(engineering fastest proportional-integral，efpi)控制器、加速型最速比例－积分(accelerated engineering fastest proportional-integral，aefpi)控制器、最速超前观测器(engineering fastest leading observer，eflo)，其中所述最速比例－积分控制器efpi适合与最速超前观测器eflo串级运用，所述加速型最速比例－积分适合单独使用，在工业控制过程的高阶过程，所述最速控制器相对现有的比例－积分-微分控制器(proportional-integral-derivative，pid)，更能提高工业过程中的控制性能。

2、随着所述efc技术的不断发展，为了提高现有火电机组过程控制性能，研究人员逐渐将所述efc技术在火电机组调峰、调频领域进行规模化推广，随着所述推广的进行，研究人员发现，在一阶滞后过程、二阶过程、三阶过程、四阶过程等过程中，所述加速型最速比例－积分控制器aefpi控制的过程超调量较大，其无法被应用于一些不允许出现较大的过程超调的控制系统，降低了所述aefpi的应用场景范围，为了改进该技术问题，现有技术通过在过程给定端接入一个一阶惯性滤波器(first order inertial filter，foif)抑制aefpi的过程超调，其虽然对抑制过程超调起到了较好的作用，然而，却明显降低了aefpi控制的调节性能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种最速控制系统过程给定形成装置及其控制方法，用于进行过程超调抑制的同时，提高加速型工程最速比例－积分器的调节性能。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明公开了一种最速控制系统过程给定形成装置，包括一阶惯性滤波器、常规微分器及减法器；

3、所述一阶惯性滤波器的输入端及所述减法器的输入端用于获取过程给定信号；

4、所述常规微分器的输入端连接所述一阶惯性滤波器的输出端；

5、所述常规微分器的输出端连接所述减法器的输入端；

6、所述最速控制系统过程给定形成装置的传递函数为：

7、

8、其中，所述ffcspgf(s)为所述最速控制系统过程给定形成装置的拉普拉斯传递函数，所述ffoif(s)为所述一阶惯性滤波器的拉普拉斯传递函数，所述tfoif为所述一阶惯性滤波器的时间常数，单位为s，所述fcd(s)为所述常规微分器的拉普拉斯传递函数，所述kcd为所述常规微分器的增益，单位为无量纲，所述tcd为所述常规微分器的时间常数，单位为s。

9、本发明公开的一种最速控制系统过程给定形成装置，包括一阶惯性滤波器、常规微分器及减法器，通过所述常规微分器的输入端连接所述一阶惯性滤波器的输出端，用于对所述一阶惯性滤波器输出的信号进行进一步处理，解决现有技术中只简单使用一阶惯性滤波器的技术问题，接着所述减法器的输入端连接所述常规微分器的输出端及获取所述过程给定信号，以使所述减法器结合所述常规微分器输出的信号及所述获取的初始的过程给定信号进行过程超调的抑制。

10、本发明公开的一种最速控制系统过程给定形成装置，通过所述一阶惯性滤波器、常规微分器及减法器彼此相互连接，形成对获取的过程给定信号进行超调抑制的信号，避开了现有技术中只简单使用一阶惯性滤波器造成的技术问题，在提高过程超调的抑制效果的同时，提高了最速控制系统中加速型工程最速比例－积分器的调节性能。

11、作为优选例子，所述一阶惯性滤波器的传递函数为：

12、

13、其中，所述ffoif(s)为所述一阶惯性滤波器的拉普拉斯传递函数，所述tfoif为所述一阶惯性滤波器的时间常数，单位为s。

14、本发明设置所述一阶惯性滤波器形成对所述过程给定信号进行初始的超调抑制的信号，保证过程超调的抑制效果。

15、作为优选例子，所述常规微分器的传递函数为：

16、

17、其中，所述fcd(s)为所述常规微分器的拉普拉斯传递函数，所述kcd为所述常规微分器的增益，单位为无量纲，所述tcd为所述常规微分器的时间常数，单位为s。

18、本发明利用所述微分器对一阶惯性滤波器输出的信号进行进一步的微分处理，输出对应的信号，用于解决现有技术中只使用一阶惯性滤波器进行超调抑制造成的技术问题，由此通过所述微分器进行过程超调的抑制，可提高加速型最速比例－积分控制器的调节性能。

19、第二方面，本发明还公开了一种最速控制系统过程给定形成装置的控制方法，包括：

20、将获取的过程给定信号输入至一阶惯性滤波器，通过所述第一惯性滤波器输出一阶惯性滤波器信号；

21、将所述一阶惯性滤波器信号输入至所述常规微分器，通过所述常规微分器输出常规微分信号；

22、将所述常规微分信号及所述过程给定信号输入至减法器，通过所述减法器输出所述最速控制系统过程给定形成装置的最速控制系统过程给定信号；

23、所述最速控制系统过程给定形成装置的传递函数为：

24、

25、其中，所述ffcspgf(s)为所述最速控制系统过程给定形成装置的拉普拉斯传递函数，所述ffoif(s)为所述一阶惯性滤波器的拉普拉斯传递函数，所述tfoif为所述一阶惯性滤波器的时间常数，单位为s，所述fcd(s)为所述常规微分器的拉普拉斯传递函数，所述kcd为所述常规微分器的增益，单位为无量纲，所述tcd为所述常规微分器的时间常数，单位为s。

26、本发明公开的一种最速控制系统过程给定形成装置的控制方法，首先通过一阶惯性滤波器对获取的过程给定信号进行处理，形成一阶惯性滤波器信号，再通过常规微分器对所述一阶惯性滤波器信号进行处理，输出常规微分信号，最后结合所述形成的常规微分信号，通过预设的减法器对所述给定信号进行过程超调的抑制，形成所述最速控制系统过程给定信号。

27、本发明利用所述常规微分器、减法器结合所述一阶惯性滤波器对最速控制系统中的过程给定进行超调抑制，解决现有技术中只简单使用一阶惯性滤波器进行超调抑制进而导致加速型最速比例－积分控制器调节性能降低的技术问题，可在保证超调抑制效果的同时，提高所述加速型最速比例－积分控制器的调节性能。

28、作为优选例子，在所述将获取的过程给定信号输入至一阶惯性滤波器，包括：

29、获取所述过程给定信号的幅值，并标记所述幅值为vpg，单位为无量纲；

30、获取过程输出信号的第一峰值，并标记所述第一峰值为v1，单位为无量纲；

31、获取所述过程输出信号的第一峰值时间，并将所述第一峰值时间标记为t1，单位为s；

32、获取所述过程输出信号的第二峰值，并将所述第二峰值标记为v2，单位为无量纲；

33、获取所述过程输出信号的第二峰值时间，并将所述第二峰值时间标记为t2，单位为s；

34、获取所述第一峰值时间与所述第二峰值时间的时间差值，并将所述时间差值标记为td，单位为s；其中，所述td的表达方式为：

35、td＝t2-t1

36、其中，所述t1为所述第一峰值时间，单位为s，t2为所述第二峰值时间，单位为s。

37、本发明在形成所述过程给定之前，首先获取过程输出信号的第一，第二峰值时间，以使在后续根据所述第一、第二峰值时间构建该过程输出信号对应的微分器，以使根据所述对应的微分器进行过程超调的抑制，提高过程超调抑制的效果。

38、作为优选例子，在所述通过所述一阶惯性滤波器输出一阶惯性滤波器信号，包括：

39、将所述时间差值设置为所述一阶惯性滤波器的时间常数；其中，所述一阶惯性滤波器的时间常数的表达式为：

40、

41、其中，所述tfoif为所述一阶惯性滤波器的时间常数，单位为s，所述td为所述时间差值，单位为s；

42、通过设置所述时间常数后的一阶惯性滤波器对所述过程给定信号进行处理，输出所述一阶惯性滤波器信号；其中，所述一阶惯性滤波器为：

43、

44、其中，所述ffoif(s)为所述一阶惯性滤波器的拉普拉斯传递函数，所述tfoif为所述一阶惯性滤波器的时间常数，单位为s。

45、本发明设置所述一阶惯性滤波器对所述过程给定信号进行初始的超调抑制同时所述一阶惯性滤波器的时间常数来源于所述过程给定信号对应的过程输出信号的时间差值，可有效提高所述一阶惯性滤波器的超调抑制效果。

46、作为优选例子，在所述通过所述常规微分器输出常规微分信号，包括：

47、将所述时间差值设置为所述常规微分器的时间常数；其中，所述常规微分器的时间常数的表达式为：

48、

49、其中，所述tcd为所述常规微分器的时间常数，单位为s，所述td为所述时间差值，单位为s；

50、根据所述第一峰值v1和所述过程给定信号的幅值vpg设置所述常规微分器的增益kcd；其中，所述kcd为：

51、

52、其中，kcd为所述常规微分器的增益，单位为无量纲；所述v1为所述过程输出信号的第一峰值，单位为无量纲；vpg为所述过程给定信号的幅值，单位为无量纲；

53、通过设置了所述时间常数及所述增益后的常规微分器对所述一阶惯性滤波器信号进行处理，输出常规微分信号；

54、所述常规微分器的表达方式为：

55、

56、其中，所述fcd(s)为所述常规微分器的拉普拉斯传递函数，所述kcd为所述常规微分器的增益，单位为无量纲，所述tcd为所述常规微分器的时间常数，单位为s。

57、本发明利用所述微分器对一阶惯性滤波器输出的一阶惯性滤波器信号进行进一步的微分处理，输出对应的微分信号，用于解决现有技术中只使用一阶惯性滤波器进行超调抑制的技术问题，由此通过所述微分器输出的微分信号进行超调抑制，可提高加速型最速比例－积分控制器的调节性能。

58、作为优选例子，在所述将所述常规微分信号及所述过程给定信号输入至减法器，通过所述减法器输出所述最速控制系统过程给定形成装置的最速控制系统过程给定信号，包括：

59、将所述过程给定信号输入至所述减法器的被减数端，并将所述常规微分信号输入所述减法器的减数端，通过所述减法器输出所述最速控制系统过程给定信号。

60、本发明利用所述减法器结合所述过程给定信号及所述常规微分信号进行过程超调的抑制，形成最终的最速控制系统过程给定信号。

61、第三方面，本发明公开了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现如第二方面所述的一种最速控制系统过程给定形成装置的控制方法。

62、第四方面，本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第二方面所述的一种最速控制系统过程给定形成装置的控制方法。