一种时变模型的控制方法及系统的制作方法【专利摘要】本发明涉及一种能够有效解决时变模型的时变问题，且控制实时性强、可靠性高的时变模型的控制方法及系统，本发明通过建立时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系；建立PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系；根据第一点映射关系和第二点映射关系建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第三点映射关系；利用智能控制器把第三点映射关系扩展为线映射关系；智能控制器能够进而根据在线检测到的DIV和线映射关系实时获取PID控制器参数，以适应TM参数变化，最终实现PID控制器参数与TM参数的实时匹配。【专利说明】-种时变模型的控制方法及系统
技术领域：
[0001]本发明设及自动化控制
技术领域：
，尤其设及一种时变模型(Time-varyingModel，TM)的控制方法及系统。【
背景技术：
】[0002]实际工程应用中，被控系统的时变现象普遍存在。例如复杂系统过程控制、机器人运动控制W及航空航天等领域，都或多或少的需要解决系统的时变问题。因此，近些年来，针对运些时变系统控制问题的研究越来越被控制界所关注，成为被广泛讨论的热点问题之一。因为不同领域对时变系统研究的侧重点有所不同，所W时变系统有W下几种分类方法：首先，根据系统本身的实际运行情况，可将时变系统分为参数时变、结构时变W及扰动不确定=类;从时变因素的来源不同，也可分为W下两类:一类时变因素表现在系统内部，即系统本身的模型是时变的（包括参数时变和结构时变）；另一类时变因素表现在系统外部，即系统存在不确定扰动(包括扰动时间不确定W及一些各种来源的随机噪声）。另外，从控制角度出发，也常常将时变系统分为线性时变系统和非线性时变系统两种。从时变本身的特性出发，时变系统也可分为:快时变系统、慢时变系统及周期时变系统等等。[0003]现有技术中，针对时变模型TM(即时变被控对象）的控制方法主要有多模型控制、智能控制等。多模型由于是分段控制，如果要达到较高的精度需要建立尽可能多的模型，而实际应用上由于可W获得的模型受到限制，因此会牺牲控制精度。目前智能控制常常采用经典的比例积分微分控制器(PID)与智能控制器相结合来实现对时变模型的控制。例如，如图1所示的控制系统。[0004]实际上，利用运种智能控制方法核屯、是需要智能控制器来建立PID控制器与时变模型TM的映射关系，运种映射关系定义为MRi如公式（1)，即时变模型TM的参数发生改变，PID控制器的参数也应该发生相应的改变。因为PID控制器的参数是根据被控对象的参数来设定的，如果被控对象的参数发生改变而PID控制器参数不发生改变，那么控制品质会变差甚至系统变得不可控。图1所示的控制方法本质上是利用智能控制器来建立PID控制器参数随着误差和误差变化率(6，e)变化的映射关系，运种映射关系定义为MR2如公式(2)。[000引MRi:TM一PID(I)[0006](2)[0007]然而，一般来说时变模型TM参数变化与误差和误差变化率Ce,:e)的变化并不是一一对应关系，所W利用（e，：旨）来调节PID的参数W适应TM参数变化是不可行的。因此运种控制方法无法有效地解决时变模型的时变问题。【
发明内容】[000引本发明的目的之一至少在于，针对上述现有[0009]技术存在的问题，提供一种能够有效解决时变模型的时变问题，且控制实时性强、可靠性高的时变模型的控制方法及系统。[0010]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：[0011]-种时变模型的控制方法，包括:建立时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系;建立PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系;根据第一点映射关系和第二点映射关系建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第=点映射关系;利用智能控制器把第=点映射关系扩展为线映射关系；[0012]根据在线检测到的DIV和线映射关系实时获取PID控制器参数，W适应TM参数变化，最终实现PID控制器参数与TM参数的实时匹配。[0013]优选地，上述建立时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系包括:获取n个不同的DIV取值与对应的n个TM;建立DIV到TM参数的第一点映射表，其中n为大于1的自然数。[0014]优选地，上述建立PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系包括:根据所获取的n个TM和实际的控制要求，分别设置n个PID控制器;建立TM参数到PID控制器参数的第二点映射表。[0015]优选地，上述根据第一点映射关系和第二点映射关系建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第=点映射关系包括:根据第一点映射表和第二点映射表，建立DIV到PID控制器参数的第=点映射表。[0016]优选地，上述利用智能控制器把第S点映射关系扩展为线映射关系包括:利用智能控制器把第=点映射关系扩展为PID控制器参数变化随着DIV变化的线映射关系。[0017]另一方面，本发明还公开了一种时变模型的控制系统，包括智能控制器和PID控制器，其中，[0018]所述智能控制器用于把第S点映射关系扩展为线映射关系；根据在线检测到的DIV和线映射关系实时获取PID控制器参数，W适应TM参数变化，最终实现PID控制器参数与TM参数的实时匹配；[0019]其中，根据时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系和PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系，建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第=点映射关系。[0020]优选地，上述智能控制器包括模糊控制器或神经网络控制器。[0021]优选地，上述DIV为能够引起TM参数发生变化的因变量，如功率、溫度、压力中的一种或几种;具体的，DIV还包括其他未列出的可W引起TM参数发生变化的常见因变量。[0022]优选地，上述TM包括用于核电厂的蒸汽发生器的水位控制系统。[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有W下有益效果：[0024]通过将时变模型参数变化决定PID控制参数的映射关系转换为由可测独立变量变化决定PID控制参数的映射关系，根据给定值和可测独立变量的变化对时变模型进行控制，获取输出值，有效地解决了时变模型的控制问题;而且，由于可测独立变量能够被实时有效地检测到，从而增强了控制实时性，提高了控制可靠性。【附图说明】[0025]图1是现有技术中时变模型控制系统的结构原理图；[0026]图2是本发明实施例一提供的时变模型控制方法的流程图；[0027]图3是本发明实施例二提供的时变模型控制系统的结构原理图；[0028]图4是本发明一具体应用示例的时变模型控制系统的结构原理图。【具体实施方式】[0029]下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，W使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用W解释本发明，并不用于限定本发明。[0030]实施例一[0031]如图2所示，本发明一实施例公开的时变模型的控制方法，包括W下步骤：[0032]步骤201:建立时变模型TM参数变化随着可测独立变量(DetectableIndependent化riable，DIV)变化的第一点映射关系；[0033]可测独立变量的变化能够引起对应的时变模型的参数变化，即可测独立变量的变化与时变模型的参数变化具有一一对应的关系；[0034]进一步地，由于时变模型TM参数变化是由该特定的可测独立变量DIV的变化引起的，那么DIV的变化与时变模型参数的变化就有一一对应的关系，即DIV变化决定时变模型TM参数变化，第一点映射关系定义为MR3如公式(3)所示：[0035]MR3:DIV一TM(3)[0036]进一步地，可W根据公式(3)，获取n个DIV取值与对应的n个TM;建立DIV到TM参数变化的第一点映射表，其中n为大于1的自然数。[0037]步骤202:建立PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系；[0038]具体地，第二点映射关系可W定义为MRi如公式（1)，即TM参数发生改变，PID控制器参数也发生相应的改变；[0039]进一步地，根据n个TM,分别设置n个PID控制器;建立TM参数到PID控制器参数变化的第二点映射表；[0040]步骤203:根据第一点映射关系和第二点映射关系建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第=点映射关系；[0041]具体地，由公式（1)和公式(3)可W得出，第S点映射关系定义为MR4如公式(4)所示：[0042]MR4:DIV一PID(4)[0043]从公式(4)可W看出，由时变模型TM参数变化决定PID控制参数的映射关系MRi转换为由DIV变化决定PID控制参数的映射关系MR4;[0044]进一步地，可W根据第一点映射表和第二点映射表，建立DIV至化ID控制器参数变化的第=点映射表；[0045]步骤204:W获取线映射关系；[0046]具体地，可W利用智能控制器把第=点映射关系扩展为PID控制器参数变化随着DIV变化的线映射关系，W获取线映射关系；[0047]步骤205:在线检测DIV;[0048]例如，可测独立变量可W是如功率、溫度、压力等能够被实时有效地检测到的过程参数；[0049]步骤206:根据在线检测到的DIV和线映射关系实时获取PID控制器参数，W适应TM参数变化，最终实现PID控制器参数与TM参数的实时匹配；[0050]例如，可W根据实时获取的PID控制器参数对时变模型进行控制，产生输出值。上述方法中，通过将时变模型参数变化决定PID控制参数的映射关系转换为由可测独立变量变化决定PID控制参数的映射关系，根据给定值和可测独立变量的变化对时变模型进行控审IJ，获取输出值，有效地解决了时变模型的控制问题;而且，由于可测独立变量能够被实时有效地检测到，从而增强了控制实时性，提高了控制可靠性。[0化1]实施例二[0052]本实施例提供的时变模型的控制系统，包括:智能控制器和PID控制器。[0053]具体地，智能控制器用于把第=点映射关系扩展为线映射关系；根据在线检测到的DIV和线映射关系实时获取PID控制器参数，W适应TM参数变化，最终实现PID控制器参数与TM参数的实时匹配；[0054]其中，根据时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系和PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系，建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第=点映射关系。[0055]具体的，如图3所示，在使用时，存储有线映射关系的智能控制器与PID控制器连接，在控制过程中，智能控制器实时接收在线检测到的DIV，并根据DIV变化及线映射关系得出PID控制器参数，经过该方式获得的PID控制器参数可W适应TM参数变化，进而实现PID控制器参数与TM参数的实时匹配;接收到该PID控制器参数的PID控制器，结合控制误差对具体的被控对象(时变模型)进行控制。[0056]下文结合图4给出本发明的一具体应用示例，对本发明一实施例提供的时变模型的控制方法及系统应用于核电厂的蒸汽发生器的水位控制系统的优选实施例进行详细说明。[0057]如图4所示，蒸汽发生器的水位控制系统的时变模型可W用SGM表示；因为蒸汽发生器的水位控制系统参数是随着功率水平(PowerLevel,PU的变化而变化的，而化容易检巧设1]，所W可W选择功率水平PL作为可测独立变量DIV;水位给定值和输出值分别用Lo和L表示;该时变模型的控制系统包括水位智能控制器，PID控制器，W及比较器;在确定可测独立变量为化之后，通过该时变模型的控制系统对核电厂的蒸汽发生器的水位进行控制具体包括W下步骤:步骤401:建立MR3的点映射关系MR3n;[0化引具体地，可W在n个不同的化条件下，获得n个SGM，建立如表1所示的从化到SGM参数的点映射MR3n;[0化9]表1「AAilAl~由于所获取的SGM参数越多，水位智能控制系统的控制品质越好，因此，在实际工胃业应用中，为了达到预设的控制品质，n可W设置为大于I的任何自然数。步骤402:建立MRi点映射关系MRln;[0062]根据已获得的n个SGM和实际的控制要求，设置相应的PID控制器比例参数虹、积分参数Ki、W及微分参数Kd，建立如表2所示的从SGM至化ID控制器的点映射MRin;[0063]表2[0064][0065]步骤403:建立MR4的点映射关系MR4n;[0066]由MR3n和MRln，可W得到MR4n如表3所示的从化至化ID控制器比例参数Kp、积分参数Ki、W及微分参数Kd的点映射MR4n;[0067]表3「mARl[0069]步骤404:智能控制器根据化实现MR4;[0070]在一优选的实施例中，智能控制器可W采用神经网络，那么神经网络的输入为化、输出为PID控制器比例参数时、积分参数Ki、W及微分参数时，可W利用MR4n建立如表4所示的神经网络的训练样本TSn;[0071]表4[0072][0073]在另一优选的实施例中，智能控制器可W采用模糊控制器，那么模糊控制器的输入为化、输出为PID控制器比例参数Kp、积分参数Ki、W及微分参数Kd,可W利用MR4n建立如表5所示的模糊控制器的n个规则表；[0074]表5[0075][0076]~其中，当化等于PLn时，PID控制器比例参数虹、积分参数Ki、W及微分参数Kd分别为'Kpn,Kln,l^?n〇[0077]可W看出，智能控制器不论是采用神经网络还是模糊控制器，都可W把已建立的从化至化ID控制器参数的点映射关系MR4n变成从化到PID控制器参数的线映射关系MR4;即可W根据特定的DIV获取特定的PID控制器参数，即第一控制参数。[0078]步骤405:比较器根据水位给定值Lo和输出值L获取第二控制参数；[0079]具体地，可W通过比较预先设置的水位给定值和经过控制的水位输出值的差值，来确定需要PID控制器调整控制的水位相对值；[0080]步骤406:根据第一控制参数和第二控制参数对SGM进行控制，产生新的水位输出值L，从而实现对核电厂的蒸汽发生器的水位控制。[0081]上述实施例中，化变化引起SGM参数变化，SGM参数变化引起PID控制器参数变化的映射关系最终变为了化变化引起PID控制器参数变化的映射关系。而运种映射关系通过智能控制器来实现，那么一旦化变化就会通过智能控制器来调节PID控制器参数来适应SGM参数的变化，最终实现了PID控制参数与SGM的参数的匹配，有效地解决了时变模型的控制问题;而且，由于可测独立变量能够被实时有效地检测到，从而增强了控制实时性，提高了控制可靠性。[0082]W上实施方式仅用于说明本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制。相关
技术领域：
的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型W及改进均应包含在本发明的保护范围之内。【主权项】1.一种时变模型的控制方法，其特征在于，所述方法包括：建立时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系；建立PID控制器参数变化随着TM参数变化的第二点映射关系;根据第一点映射关系和第二点映射关系建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第三点映射关系;利用智能控制器把第三点映射关系扩展为线映射关系；所述智能控制器根据在线检测到的DIV和所述线映射关系实时获取PID控制器参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立时变模型TM参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系包括：获取η个不同的DIV取值与对应的η个TM;建立DIV到TM参数变化的第一点映射表，其中η为大于1的自然数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立PID控制器参数变化随着ΤΜ参数变化的第二点映射关系包括：根据所获取的η个ΤΜ和控制要求，分别设置η个PID控制器;建立ΤΜ到PID控制器参数变化的第二点映射表。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据第一点映射关系和第二点映射关系建立PID控制器参数变化随着DIV变化的第三点映射关系包括:根据第一点映射表和第二点映射表，建立DIV到PID控制器参数的第三点映射表。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用智能控制器把第三点映射关系扩展为线映射关系包括:利用智能控制器把第三点映射关系扩展为PID控制器参数变化随着DIV变化的线映射关系。6.-种时变模型的控制系统，包括智能控制器和PID控制器，其特征在于，所述智能控制器用于把第三点映射关系扩展为线映射关系;根据在线检测到的DIV和线映射关系实时获取PID控制器参数，以适应ΤΜ参数变化，最终实现PID控制器参数与ΤΜ参数的实时匹配；其中，所述第三点映射关系由，根据时变模型ΤΜ参数变化随着可测独立变量DIV变化的第一点映射关系和PID控制器参数变化随着ΤΜ参数变化的第二点映射关系确定；所述第三点映射关系反映了PID控制器参数变化随着DIV变化的关系。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述智能控制器包括模糊控制器或神经网络控制器。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述DIV为能够引起ΤΜ参数发生变化的因变量。9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述ΤΜ包括用于核电厂的蒸汽发生器的水位控制系统。【文档编号】G05B13/04GK106019948SQ201610630909【公开日】2016年10月12日【申请日】2016年8月2日【发明人】刘成,李磊民,李江波【申请人】西南科技大学