本發(fā)明屬于工業(yè)以太網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及的是一種基于調(diào)度與控制器參數(shù)動態(tài)重構(gòu)的三足式離心機網(wǎng)絡化控制方法。

背景技術(shù)：

三足式離心機是化學原料藥生產(chǎn)過程中常用的輔助設備之一。三足式離心機的安全管理是一個復雜多因素耦合的系統(tǒng)問題，涉及操作過程的各種設備設施的檢測、維修、維護，操作人員的規(guī)范操作、防護設備的正確使用，特種作業(yè)過程中的監(jiān)護管理等。實現(xiàn)三足式離心機的安全管理是提高安全生產(chǎn)水平和藥品質(zhì)量的重要保障。

網(wǎng)絡控制系統(tǒng)是一種全分布式、網(wǎng)絡化實時反饋控制系統(tǒng)，是指傳感器、控制器及執(zhí)行器和通信網(wǎng)絡的集合，用通信網(wǎng)絡提供設備之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實現(xiàn)系統(tǒng)資源共享和協(xié)調(diào)操作。目前，針對多變量通信受限的網(wǎng)絡控制器的設計方法普遍采用通信序列及混合邏輯動態(tài)構(gòu)架的概念將原有網(wǎng)絡控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成集調(diào)度和控制于一體的離散周期性時變切換系統(tǒng)，進而設計相應的控制器。這類設計方法普遍存在控制器的個數(shù)要受原有通信序列周期數(shù)的約束并且結(jié)構(gòu)復雜；更進一步，當網(wǎng)絡服務質(zhì)量發(fā)生動態(tài)變化的時候，往往需要多個控制器周期性頻繁切換才能確保控制系統(tǒng)的性能；另一方面，這類方法所用到的相關(guān)專業(yè)理論知識較多，不便于被工程技術(shù)人員掌握和推廣使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服具有隨機短時延的多輸入/多輸出三足式離心機網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)中存在控制增益、通信序列無法動態(tài)重構(gòu)的問題，本發(fā)明提供可根據(jù)系統(tǒng)iae性能指標動態(tài)地調(diào)整信息的傳輸方式，克服網(wǎng)絡傳輸調(diào)度受限于當前傳輸網(wǎng)絡利用率的先驗知識，無法自適應網(wǎng)絡的動態(tài)變化，無法保證整個閉環(huán)網(wǎng)絡化控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性和魯棒性，在惡劣情況下甚至會引起控制器失效，從而使得整個閉環(huán)網(wǎng)絡控制系統(tǒng)達不到預先設計的控制性能問題。

同時，本發(fā)明可根據(jù)網(wǎng)絡實時狀態(tài)進行控制器參數(shù)動態(tài)重構(gòu)的單一控制器，克服原有控制器結(jié)構(gòu)復雜并受通信序列傳輸周期約束問題，避免多個控制器周期性切換，方便被工程技術(shù)人員掌握和推廣使用。本發(fā)明可有效改善網(wǎng)絡環(huán)境，提高網(wǎng)絡利用率及系統(tǒng)的整體性能。為了解決上述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：

基于調(diào)度與控制器參數(shù)動態(tài)重構(gòu)的三足式離心機網(wǎng)絡化控制方法，包括如下步驟：

step1、根據(jù)實際工況對三足式離心機進行系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計如式(1)：

其中表示r維三足式離心機的狀態(tài)向量；表示m維三足式離心機輸入向量，τk表示每個采樣周期內(nèi)的隨機有界網(wǎng)絡短時延，且滿足0≤τk≤eh(0＜e＜1)h為控制系統(tǒng)的采樣周期，表示q維的部擾動信號，表示三足式離心機的被調(diào)輸出轉(zhuǎn)速、壓力和流量信號向量，ap,bp,cp是適當維數(shù)的系統(tǒng)矩陣；

step2：設置控制系統(tǒng)的采樣周期h、調(diào)度周期步長n、調(diào)度周期t，并滿足：t＝nh；設置三足式離心機kt+αh時刻采樣序列的調(diào)度系數(shù)θi(kt+αh)閾值ηi和kt+βh時刻更新序列的調(diào)度系數(shù)δj(kt+βh)閾值并設置調(diào)度策略如式(2)所示：

其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,n)j∈(1,…,m),β∈(0,…,n-1)，iae表示信號的絕對誤差性能。

當k＝1時，設置初始調(diào)度矩陣λα＝i，ξβ＝i，否則根據(jù)調(diào)度策略生成當前調(diào)度周期t內(nèi)的采樣調(diào)度矩陣和更新調(diào)度矩陣

其中為kt+αh時刻采樣序列調(diào)度系數(shù)組成的向量，為kt+βh時刻更新序列調(diào)度系數(shù)組成的向量；

step3:系統(tǒng)以調(diào)度周期t離散化，并根據(jù)step2的調(diào)度策略建立如下映射關(guān)系：

其中為系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸入狀態(tài)向量，為經(jīng)系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸出向量；

構(gòu)建系統(tǒng)增廣向量矩陣包括：狀態(tài)向量矩陣x(kt)，控制器輸出u(kt)、控制器的有效輸入執(zhí)行器的有效輸入被調(diào)輸出z(kt)、外部擾動信號w(kt)、采樣調(diào)度矩陣更新調(diào)度矩陣和并建立新的映射關(guān)系如下：

其中：

step4:設置系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制器重新構(gòu)造新的狀態(tài)向量g、m、n、l如下：

l＝h1′并建立集調(diào)度與控制為一體的閉環(huán)系統(tǒng)模型(5)：

其中：

kk為控制器參數(shù),τkd----表示第k個調(diào)度周期內(nèi)第d個采樣周期的時延,a、b0(τk)、b1(τk1)、h0、ae、b′0(τk)、b′1(τk)、h′0、d′0(τk)、c′e、d′1(τk)、h′1為中間計算變量；

step5：重新定義計算變量并在線求解以下的優(yōu)化問題:

利用上一步得到的可行解，可得狀態(tài)反饋控制器參數(shù)其中表示矩陣的偽逆；當k＝k+1，重新回到step3求解控制器參數(shù)；轉(zhuǎn)速控制信號由d/a轉(zhuǎn)換輸出至旋轉(zhuǎn)電磁閥，壓力控制信號由d/a轉(zhuǎn)換輸出至減壓閥，流量控制信號由d/a轉(zhuǎn)換輸出至分流集流閥，最后作用到三足式離心機裝置,使三足式離心機的轉(zhuǎn)速、壓力和流量運行在給定的范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：單一控制器、系統(tǒng)傳輸周期動態(tài)重構(gòu)、控制器參數(shù)動態(tài)重構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。

附圖說明

圖1是本發(fā)明給出的三足式離心機閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖

圖2是本發(fā)明實際運行時采用的結(jié)構(gòu)示意圖

實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

參照圖1～圖2，一種基于調(diào)度與控制器參數(shù)動態(tài)重構(gòu)的三足式離心機網(wǎng)絡化控制方法，本實施例三足式離心機溫度、壓力網(wǎng)絡化控制過程：

第一步、在組態(tài)界面上設置模型辨識的相應參數(shù)，確定三足式離心機的辨識模型如下：

其中：x(t)是系統(tǒng)的狀態(tài)向量，u(t)＝[u1u2]^t是控制輸入向量，u1代表罐內(nèi)蒸汽閥門開度，u2代表冷凝水閥門開度。z(t)＝[z1z2]^t是被控輸出向量，z1代表罐內(nèi)溫度，z2代表罐內(nèi)壓力。w(t)是外部擾動向量。由工控機將對象模型辨識參數(shù)等數(shù)據(jù)送到存儲單元ram中；并在組態(tài)界面上設置系統(tǒng)為“離線”調(diào)節(jié)狀態(tài)。按照附圖2所示的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖組建一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。

第二步：在組態(tài)界面上設置系統(tǒng)采樣周期h＝1s，調(diào)度周期的步長n＝2，iae控制性能指標的閾值分別為η1＝0.01，η2＝0.05，

第三步：在組態(tài)界面上點擊“運行”鍵，在線計算調(diào)度的通信序列、控制器參數(shù)。

第四步：對u(k)進行限幅，防止積分飽和，然后由d/a轉(zhuǎn)換后輸出至執(zhí)行器，由執(zhí)行器作用到被控對象,使被控對象運行在給定的范圍內(nèi)；此時組態(tài)界面上顯示的是在線情況下的系統(tǒng)閉環(huán)響應曲線，觀察曲線進行在線微調(diào)。

第五步：在組態(tài)界面上設置系統(tǒng)為“在線”調(diào)節(jié)狀態(tài)，啟動控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)，重新執(zhí)行“在線控制程序”得到當前時刻的控制量。

以上闡述的是本發(fā)明給出的一個實施例表現(xiàn)出的優(yōu)良優(yōu)化效果，顯然本發(fā)明不只是限于上述實施例，在不偏離本發(fā)明基本精神及不超出本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容所涉及范圍的前提下對其可作種種變形加以實施。