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专利号: 2014100296443
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-09-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.动态矩阵控制优化的油气水卧式三相分离器压力控制方法,其特征在于该方法的具体步骤是:步骤(1).通过油气水卧式三相分离器内压力对象的实时阶跃响应数据建立被控对象的模型,具体方法是:a.给油气水卧式三相分离器一个阶跃输入信号,记录其阶跃响应曲线;

b.将对应的阶跃响应曲线进行滤波处理,然后拟合成一条光滑曲线,记录光滑曲线上每个采样时刻对应的阶跃响应数据,第一个采样时刻为Ts,相邻两个采样时刻间隔的时间为Ts,采样时刻顺序为Ts、2Ts、3Ts……;响应将在某一个时刻tN=NT后趋于平稳,当ai(i>N)与aN的误差和测量误差有相同的数量级时,即可认为aN近似等于阶跃响应的稳态值;建立油气水卧式三相分离器内压力对象的模型向量a:a=[a1,a2,…aN]Τ

其中Τ为矩阵的转置符号,ai是油气水卧式三相分离器沉降室内压力的阶跃响应的数据,N为建模时域;

步骤(2).设计油气水卧式三相分离器内压力的PI-PD控制器,具体方法是:a.利用步骤(1)b获得的模型向量a建立油气水卧式三相分离器内压力的动态矩阵,其形式如下:其中,A是油气水卧式三相分离器内压力的P×M阶动态矩阵,P为动态矩阵控制算法的优化时域,M为动态矩阵控制算法的控制时域,M<P<N;

b.建立油气水卧式三相分离器内压力在当前k时刻的初始模型预测值yM(k)①.计算k-1时刻加入控制增量Δu(k-1)后油气水卧式三相分离器内压力的模型预测值yp(k-1):yP(k-1)=yM(k-1)+A0Δu(k-1)其中,

y1(k|k-1),y1(k+1|k-1),…,y1(k+N-1|k-1)分别表示油气水卧式三相分离器内压力在k-1时刻对k,k+1,…,k+N-1时刻加入Δu(k-1)后的模型预测值,y0(k|k-1),y0(k|k-1),…y0(k+N-1|k-1)表示油气水卧式三相分离器内压力在k-1时刻对k,k+1,…,k+N-1时刻的初始预测值,A0为由油气水卧式三相分离器沉降室内压力阶跃响应数据建立的矩阵,Δu(k-1)为k-1时刻油气水卧式三相分离器内排气阀阀门开度的控制增量;

②.计算k时刻油气水卧式三相分离器内压力的模型预测误差值ess(k):ess(k)=y(k)-y1(k|k-1)

其中,y(k)表示k时刻测得的油气水卧式三相分离器内压力的实际输出值,y1(k|k-1)表示加入了控制增量Δu(k-1)后,油气水卧式三相分离器内压力在k-1时刻对k时刻的模型预测值;

③.计算k时刻油气水卧式三相分离器内的压力模型输出的修正值ycor(k):ycor(k)=yM(k-1)+h*ess(k)其中,

ycor(k|k),ycor(k+1|k),…ycor(k+N-1|k)分别表示油气水卧式三相分离器内的压力在k时刻模型的修正值,h为误差补偿的权矩阵,α为误差校正系数;

④.计算油气水卧式三相分离器内的压力在k时刻的模型预测初始响应值yM(k):yM(k)=Sycor(k)

其中,S为N×N阶的状态转移矩阵,

c.计算油气水卧式三相分离器内的压力在M个连续的控制增量Δu(k),…,Δu(k+M-1)下的预测输出值yPM,具体方法是:yPM(k)=yP0(k)+AΔuM(k)

其中,

yP0(k)是yM(k)的前P项,yM(k+1|k),yM(k+2|k),…,yM(k+P|k)为油气水卧式三相分离器内的压力在k时刻对k+1,k+2,…,k+P时刻的模型预测输出值;

d.令控制时域M=1,并选取油气水卧式三相分离器内压力的目标函数J(k),形式如下:ref(k)=[ref1(k),ref2(k),…,refP(k)]ΤQ=diag(q1,q2,…qP)

r=diag(r1,r2,…rM)

refi(k)=βiy(k)+(1-βi)c(k)其中,Q为误差加权矩阵,q1,q2,…,qP为误差加权矩阵的加权系数;β为柔化系数,c(k)为油气水卧式三相分离器内压力的设定值;r=diag(r1,r2,…rM)为控制加权矩阵,r1,r2,…rM为控制加权矩阵的加权系数;ref(k)为k时刻油气水卧式三相分离器内压力的参考轨迹,refi(k)为参考轨迹中第i个参考点的值;

e.将油气水卧式三相分离器内排气阀阀门开度的控制量u(k)进行变换:e(k)=c(k)-y(k)

u(k)=u(k-1)+Kp(k)(e(k)-e(k-1))+Ki(k)e(k)-Kf(k)(y(k)-y(k-1)-Kd(y(k)-2y(k-1)+y(k-2))=u(k-1)+Kp(k)(e(k)-e(k-1))+Ki(k)e(k)-Kf(k)(y(k)-y(k-1)-Kd(y(k)-y(k-1))+Kd(y(k-1)-y(k-2))将u(k)进一步处理,可得

u(k)=u(k-1)+w(k)ΤE(k)

其中,

w(:,k)=[Kp(k)+Ki(k),-Kp(k),-Kf(k)-Kd(k),Kd(k)]E(k)=(e(k),e(k-1),y(k)-y(k-1),y(k-1)-y(k-2))ΤKp(k)、Ki(k)、Kf(k)、Kd(k)分别为PI-PD控制器外环的比例、外环的积分、内环的比例、内环的微分参数,e(k)为k时刻参考轨迹值与实际输出值之间的误差,Τ为矩阵的转置符号,w(:,k)为四行k列矩阵;

f.将u(k)代入到步骤d中的目标函数中,求解PI-PD控制器中的参数,可得:进一步可以得到:

Kp(k)=w(1,k)+w(2,k)

Ki(k)=-w(2,k)

Kf(k)=-w(3,k)-w(4,k)

Kd(k)=w(4,k)

g.得到PI-PD控制器的参数Kp(k)、Ki(k)、Kf(k)、Kd(k)以后构成控制量u(k)作用于油气水卧式三相分离器u(k)=u(k-1)+Kp(k)(e(k)-e(k-1))+Ki(k)e(k)-Kf(k)(y(k)-y(k-1)-Kd(y(k)-2y(k-1)+y(k-2))h.在下一时刻,依照b到g中的步骤继续求解PI-PD控制器新的参数kP(k+1)、ki(k+1)、kf(k+1)、kd(k+1)的值,作用于被控对象,并依次循环。