本發(fā)明涉及熱工過(guò)程領(lǐng)域，具體地涉及一種n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建方法、一種n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)、一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)及一種電子設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，比例積分微分(proportion?integration?differentiation,?pid)控制已成為火電廠大多數(shù)熱工過(guò)程系統(tǒng)中常用的一種反饋控制技術(shù)，其核心是通過(guò)誤差消除誤差，不斷調(diào)整控制信號(hào)使系統(tǒng)輸出跟隨設(shè)定值。當(dāng)前，火力發(fā)電機(jī)組朝著大容量、多參數(shù)的方向發(fā)展，對(duì)熱工過(guò)程系統(tǒng)的控制性能有了更高的要求。此外，火電廠熱工過(guò)程系統(tǒng)具有非線性、大慣性、大時(shí)滯等特點(diǎn)，器械磨損、環(huán)境工況多變等引起系統(tǒng)參數(shù)時(shí)變，給控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)整定帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)pid控制的現(xiàn)場(chǎng)整定仍主要采用z-n整定以及經(jīng)驗(yàn)法等，整定過(guò)程耗費(fèi)大量時(shí)間且控制效果欠佳。

2、因此，亟需一種參數(shù)整定更為簡(jiǎn)單實(shí)用且控制性能更佳的控制技術(shù)，以克服傳統(tǒng)pid控制在復(fù)雜熱工過(guò)程中的局限性，從而推動(dòng)火電廠朝著更高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施方式的目的是提供一種n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建方法及系統(tǒng)，以至少解決上述的控制器參數(shù)整定過(guò)程需要耗費(fèi)大量時(shí)間且控制效果不佳的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建方法，包括：

3、s110：基于預(yù)建立的被控對(duì)象模型，確定控制器參數(shù)；

4、s120：基于控制器參數(shù)和預(yù)先構(gòu)建的n階控制器傳遞函數(shù)初始模型，構(gòu)建n階控制器的傳遞函數(shù)，并對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)分別進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果；其中，n階控制器傳遞函數(shù)初始模型基于pi控制器子模型和超前環(huán)節(jié)子模型構(gòu)建；

5、s130：基于當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異，判斷是否需要調(diào)整優(yōu)化n階控制器的傳遞函數(shù)，若需要調(diào)整優(yōu)化n階控制器的傳遞函數(shù)，則對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并基于調(diào)整后的控制器參數(shù)，對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行更新，并基于更新后的n階控制器的傳遞函數(shù)分別進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，重復(fù)執(zhí)行s130，直至當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異小于預(yù)設(shè)差異閾值，得到最終的n階控制器的傳遞函數(shù)。

6、可選的，上述被控對(duì)象模型的建立規(guī)則包括：

7、對(duì)高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)理建?；蛘呦到y(tǒng)辨識(shí)，以建立被控對(duì)象模型；其中，

8、被控對(duì)象模型的傳遞函數(shù)為，為高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)的增益系數(shù)，為高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)， n為高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)的階數(shù)。

9、可選的，上述n階控制器傳遞函數(shù)初始模型的構(gòu)建規(guī)則：

10、通過(guò)正反饋結(jié)構(gòu)的形式將pi控制器子模型與超前環(huán)節(jié)子模型進(jìn)行結(jié)合，得到n階控制器傳遞函數(shù)初始模型；其中，

11、n階控制器傳遞函數(shù)初始模型為，超前環(huán)節(jié)子模型為；其中，，，，為拉普拉斯算子，為pi控制器的增益系數(shù)，為pi控制器的積分時(shí)間常數(shù)，決定超前環(huán)節(jié)的階數(shù)，的取值由被控對(duì)象模型的階數(shù)確定，為pi控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)，為pi控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)。

12、可選的，上述正反饋結(jié)構(gòu)的前向通道的傳遞函數(shù)是 n階超前環(huán)節(jié)，正反饋結(jié)構(gòu)的反饋通道的傳遞函數(shù)是 n階慣性環(huán)節(jié)，在結(jié)合前向通道的傳遞函數(shù)和反饋通道的傳遞函數(shù)之后，外接控制器增益。

13、可選的，上述基于當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異，判斷是否需要調(diào)整優(yōu)化n階控制器的傳遞函數(shù)，若需要調(diào)整優(yōu)化n階控制器的傳遞函數(shù)，則對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，包括：

14、對(duì)比當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，若當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異大于預(yù)設(shè)差異閾值，則基于 n階控制器參數(shù)整定規(guī)則，對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；其中，

15、 n階控制器參數(shù)整定規(guī)則基于被控對(duì)象模型得到。

16、可選的，上述控制器參數(shù)包括控制器階數(shù)n；

17、上述n階控制器參數(shù)整定規(guī)則包括：

18、當(dāng)值越小時(shí)，高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間越短；其中，當(dāng)值小于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，將產(chǎn)生高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)振蕩；

19、當(dāng)值越大時(shí)，高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間越短；其中，當(dāng)值大于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，將產(chǎn)生高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)超調(diào)；

20、當(dāng)控制器階數(shù)n與被控對(duì)象模型的階數(shù)相同時(shí)，表示高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)具有最佳跟蹤效果和抗擾效果；

21、當(dāng)值逐漸減小時(shí)，基于值的數(shù)值減小數(shù)據(jù)，高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)的響應(yīng)速度將逐漸加快；

22、其中，為pi控制器的增益系數(shù)，為pi控制器的積分時(shí)間常數(shù)，為pi控制器的閉環(huán)控制系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的調(diào)節(jié)系數(shù)。

23、可選的，在得到最終的n階控制器的傳遞函數(shù)之后，該方法還包括：

24、將最終的n階控制器的傳遞函數(shù)部署至高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)中，按照預(yù)設(shè)監(jiān)控周期，對(duì)高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)中的n階控制器進(jìn)行檢測(cè)，得到檢測(cè)數(shù)據(jù)；

25、將n階控制器對(duì)應(yīng)的各仿真結(jié)果、各實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)保存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。

26、本發(fā)明第二方面提供一種n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建系統(tǒng)，包括：

27、控制器參數(shù)確定模塊，用于基于預(yù)建立的被控對(duì)象模型，確定控制器參數(shù)；

28、控制器傳遞函數(shù)構(gòu)建模塊，用于基于控制器參數(shù)和預(yù)先構(gòu)建的n階控制器傳遞函數(shù)初始模型，構(gòu)建n階控制器的傳遞函數(shù)，并對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)分別進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果；其中，n階控制器傳遞函數(shù)初始模型基于pi控制器子模型和超前環(huán)節(jié)子模型構(gòu)建；

29、控制器傳遞函數(shù)調(diào)整優(yōu)化模塊，用于基于當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異，判斷是否需要調(diào)整優(yōu)化n階控制器的傳遞函數(shù)，若需要調(diào)整優(yōu)化n階控制器的傳遞函數(shù)，則對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并基于調(diào)整后的控制器參數(shù)，對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行更新，并基于更新后的n階控制器的傳遞函數(shù)分別進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，重復(fù)執(zhí)行控制器傳遞函數(shù)調(diào)整優(yōu)化模塊，直至當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異小于預(yù)設(shè)差異閾值，得到最終的n階控制器的傳遞函數(shù)。

30、在本發(fā)明第三方面提供一種機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該機(jī)器可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有指令，該指令在被處理器執(zhí)行時(shí)使得上述處理器被配置成執(zhí)行上述的n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建方法。

31、在本發(fā)明第四方面提供一種電子設(shè)備，電子設(shè)備包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在上述存儲(chǔ)器中并可在上述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，上述處理器執(zhí)行上述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建方法。

32、通過(guò)上述技術(shù)方案，提供一種n階控制器的傳遞函數(shù)構(gòu)建方法及系統(tǒng)根據(jù)預(yù)建立的被控對(duì)象模型，確定控制器參數(shù)，從而將控制器參數(shù)代入預(yù)先構(gòu)建的n階控制器傳遞函數(shù)初始模型中，以構(gòu)建n階控制器的傳遞函數(shù)，并對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真，得到仿真結(jié)果。通過(guò)n階控制器對(duì)高階慣性熱工過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行控制，以對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，得到實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。其中，n階控制器傳遞函數(shù)初始模型基于pi控制器子模型和超前環(huán)節(jié)子模型構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)的n個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)的典型熱工系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為具有閉環(huán)極點(diǎn)可任意配置的新系統(tǒng)，結(jié)合pi控制器子模型和超前環(huán)節(jié)子模型解決了現(xiàn)有pid控制參數(shù)整定困難，設(shè)定值跟蹤能力與擾動(dòng)抑制能力不理想等問(wèn)題，從而克服傳統(tǒng)pid控制在復(fù)雜熱工過(guò)程中的局限性。對(duì)比當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，若當(dāng)前的仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異大于預(yù)設(shè)差異閾值，則對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并基于調(diào)整后的控制器參數(shù)，對(duì)n階控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行更新，并基于更新后的n階控制器的傳遞函數(shù)進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，確定仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果之間的差異小于預(yù)設(shè)差異閾值對(duì)應(yīng)的n階控制器的傳遞函數(shù)作為最終的n階控制器的傳遞函數(shù)，從而確保最終的n階控制器的傳遞函數(shù)具有最佳控制性能。利用該方法及系統(tǒng)得到的n階控制器的傳遞函數(shù)在參數(shù)整定實(shí)際應(yīng)用時(shí)較為簡(jiǎn)單實(shí)用，不僅避免整定過(guò)程耗費(fèi)大量時(shí)間，而且改善了控制器的控制效果，有效克服了傳統(tǒng)pid在高階慣性系統(tǒng)中的局限性，能夠獲得更佳的跟蹤效果與擾動(dòng)抑制效果，且參數(shù)整定更為方便，進(jìn)而可以推動(dòng)火電廠朝著更高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。

33、本發(fā)明實(shí)施方式的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。