CN117193085A - 一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，包括：测量单元，用于测量被控对象的实际值，得到被控对象的实际值PV，并将实际值PV信号送入控制单元；设定单元，用于接收模拟量闭环控制的目标设定值SP，并将设定值SP信号送入控制单元；控制单元，用于接收实际值PV信号、设定值SP信号，产生控制指令输出信号AO，并将AO信号送入执行单元；执行单元，用于接收输出信号AO，根据输出信号AO调整控制***的操控对象的参数以影响被控对象的实际值PV。本发明能够自动判断***的稳定状态，以快速消除控制***遇到外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。

Description

一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***

技术领域

本发明属于热工自动化控制领域中的模拟量闭环控制***领域，具体涉及一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***。

背景技术

闭环控制***是一种具有反馈回路的控制***，也被称为反馈控制***。它通过将被控对象的输出与期望输出进行比较，并根据比较结果调整控制器的输出，以实现对***的稳定控制和精确调节。

如果控制***的反馈具有较大的惯性延迟和纯延迟，使用传统的控制方式可能会受到一些限制，无法达到理想的调节效果。这是因为常规控制方式(例如比例-积分-微分控制器：PID控制)通常假设被控制对象具有快速响应和线性特性。惯性延迟会导致***的响应时间变长，而纯延迟则会引入相位滞后，这两个因素都会对控制器的性能造成影响。

在面对具有大惯性延迟和纯延迟的***时，可能需要采用其他的控制策略，例如先导控制(feedforward control)、模型预测控制(model predictive control)或者模糊控制(fuzzy control)。这些控制策略可以更好地处理延迟，并提供更好的调节效果。

同时，现代控制技术中也有一些针对具有延迟的***的专门算法和方法，例如Smith预估器、内模控制等。这些方法可以针对具体的***特性进行设计，提高控制器的性能。

发明内容

对于具有大的惯性延迟和纯延迟的***，常规控制方式可能无法满足要求，需要使用其他的控制策略或专门算法来获得更好的调节效果。本发明的目的在于提供了一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，包括：

测量单元，用于测量被控对象的实际值，得到被控对象的实际值PV，并将实际值PV信号送入控制单元；

设定单元，用于接收模拟量闭环控制的目标设定值SP，并将设定值SP信号送入控制单元；

控制单元，用于接收实际值PV信号、设定值SP信号，产生控制指令输出信号AO，并将AO信号送入执行单元；

执行单元，用于接收输出信号AO，根据输出信号AO调整控制***的操控对象的参数以影响被控对象的实际值PV。

本发明进一步的改进在于，控制单元内部参数设计有如下9个：控制***执行周期时间Clt、预估器作用系数Kp、预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti、预估稳定误差SE、PID比例系数Kp_PID、PID积分时间Ti_PID、PID微分系数Kd_PID以及PID控制方向DR_PID；

控制***执行周期时间Clt为由控制***决定的***参数；预估器作用系数Kp为控制参数；预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti、预估稳定误差SE为辅助控制参数；DR_PID、Kp_PID、Ti_PID、Kd_PID为PID控制器参数。

本发明进一步的改进在于，控制单元的内部参数满足以下条件：控制***执行周期时间Clt为正实数；预估器作用系数Kp为正实数、负实数或0；预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti为正实数或0；预估稳定误差SE为正实数；PID比例系数Kp_PID、PID微分系数Kd_PID为正实数或0；PID积分时间Ti_PID为正实数，PID控制方向DR_PID为0或1。

本发明进一步的改进在于，控制单元的内部的控制参数的默认值为：预估器作用系数Kp的默认值为0；预估器微分时间Td的默认值为3；预估器惯性时间Ti的默认值为10；预估稳定误差SE的默认值为0.001；PID控制方向DR_PID默认值为0；PID比例系数Kp_PID默认值为0；PID微分系数Kd_PID默认值为0；PID积分时间Ti_PID默认值为1000。

本发明进一步的改进在于，控制单元包括：初始化单元INU、预测补偿单元PCU、稳态消偏单元STE及PID控制单元PIDU；

初始化单元INU接收控制***测量单元MU输出的测量信号PV及PID控制单元输出的***控制输出信号AO，产生第一个执行周期、第二个执行周期的控制***中间变量及输出信号AO；预测补偿单元PCU接收初始化单元INU产生的中间输出信号、***测量单元MU输出的测量信号PV及PID控制单元输出的***控制输出信号AO产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA；稳态消偏单元STE接收预测补偿单元PCU产生的中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA、***测量单元MU输出的测量信号PV及设定单元输出的设定值SP信号产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PC；PID控制单元接收设定单元输出的设定值SP信号、预测补偿单元及稳态消偏单元产生的被调量信号PV_PC，经过PID控制算法运算得输出信号AO，此信号作为到控制单元的输出信号，并送至执行单元AU以影响被控对象的实际值PV。

本发明进一步的改进在于，预测补偿单元PCU的各控制周期的被调量信号PV_PCA具有以下功能：

1)根据实际被调量变化趋势实现被调量的动态补偿功能；

2)根据***输出指令AO的变化趋势实现被调量的动态预测功能。

本发明进一步的改进在于，***判断补偿后的被调量信号PV_PCA已经稳定至设定值时，若补偿后的被调量信号PV_PCA与测量单元MU输出的测量信号PV有偏差，稳态消偏单元STE输出的自动用实际被调量PV信号代替补偿后的被调量信号PV_PCA，生成补偿后的被调量信号PV_PC，以消除不是指令变化的原因而是控制***外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。

本发明进一步的改进在于，控制单元的内部的预估器作用系数Kp决定控制***的预估补偿作用效果；当预估器作用系数Kp的绝对值越大时，预测补偿单元PCU的作用越强；当预估器作用系数Kp的绝对值越小时，预测补偿单元PCU的作用越小；当预估器作用系数Kp为0时，预测补偿单元PCU不起作用，补偿后的被调量信号PV_PC等于实际被调量信号PV；当预估器作用系数Kp设置值超过具有惯性延迟和纯延迟***实际需要的值时，补偿后的被调量信号PV_PC变化大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后的实际变化量；此时由于PID控制器作用，将补偿后的被调量信号PV_PC稳定在需要的测量值附近时，实际被调量PV会缓慢趋向变化至需要的测量值；根据实际被调量PV、补偿后的被调量信号PV_PC的曲线趋势调整预估器作用系数Kp，当预估器作用系数Kp设置为大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后作用的系数值时，补偿后的被调量信号PV_PC经过PID控制超出设定值的过调，由于实际被调量PV的变化较为平缓，故实际被调量PV会更为贴近设定值，即可减少实际被调量的PID过调效果。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

1、本发明根据实际被调量变化趋势及***输出指令的变化趋势动态预测及补偿实际被调量，得到补偿后的被调量信号PV_PC。以补偿后的被调量信号PV_PC作为PID控制器的输入信号，能够到达较好动态调节效果。

2、本发明可自动判断***的稳定状态，以快速消除控制***遇到外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。

3、本发明具有较好的稳定性，当预估器作用系数Kp设置为大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后作用的系数值时，可减少实际被调量的PID过调效果。

附图说明

图1为一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***的功能构成示意图。

图2为一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制方法的流程图。

图3为一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***的对某指令到反馈具有纯惯性延时特性的某***的控制输出曲线。

图4为一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***的对某指令到反馈具有纯延时特性的某***的控制输出曲线。

图5为一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***的对某指令到反馈具有惯性延时叠加纯延时特性的某***的控制输出曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，包括：

测量单元，测量单元用于测量被控对象的实际值，例如温度传感器、压力传感器等，得到被控对象的实际值PV，并将实际值PV信号送入控制单元。

设定单元，设定单元接收模拟量闭环控制的目标设定值SP，并将设定值SP信号送入控制单元。

控制单元，接收实际值PV信号、设定值SP信号，由控制单元产生控制指令输出信号AO，并将AO信号送入执行单元。

执行单元，接收输出信号AO，根据输出信号AO调整控制***的操控对象的参数以影响被控对象的实际值PV。针对某一具体闭环控制***，执行单元的操控对象可以是电动阀门、电机等，如具体调整电动阀门的开度、电机的转速等。

其中，控制单元内部参数设计有如下9个：控制***执行周期时间Clt、预估器作用系数Kp、预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti、预估稳定误差SE、PID比例系数Kp_PID、PID积分时间Ti_PID、PID微分系数Kd_PID、PID控制方向DR_PID。其中控制***执行周期时间Clt为由控制***决定的***参数。预估器作用系数Kp为主要控制参数。预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti、预估稳定误差SE为辅助控制参数。DR_PID、Kp_PID、Ti_PID、Kd_PID为PID控制器参数。

控制单元的内部参数满足以下条件：控制***执行周期时间Clt为正实数。预估器作用系数Kp可为正实数、负实数或0；预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti为正实数或0；预估稳定误差SE为正实数；PID比例系数Kp_PID、PID微分系数Kd_PID为正实数或0；PID积分时间Ti_PID为正实数，PID控制方向DR_PID为0或1。

控制单元的内部的控制参数的默认值为：预估器作用系数Kp的默认值为0；预估器微分时间Td的默认值为3；预估器惯性时间Ti的默认值为10；预估稳定误差SE的默认值为0.001；PID控制方向DR_PID默认值为0；PID比例系数Kp_PID默认值为0；PID微分系数Kd_PID默认值为0；PID积分时间Ti_PID默认值为1000。可针对不同具体控制对象修改主要控制参数、辅助控制参数来达到理想效果。

控制单元包括：初始化单元INU、预测补偿单元PCU、稳态消偏单元STE及PID控制单元PIDU。其中初始化单元INU接收控制***测量单元MU输出的测量信号PV及PID控制单元输出的***控制输出信号AO，产生第一个执行周期、第二个执行周期的控制***中间变量及输出信号AO。预测补偿单元PCU接收初始化单元INU产生的中间输出信号、***测量单元MU输出的测量信号PV及PID控制单元输出的***控制输出信号AO产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA。稳态消偏单元STE接收预测补偿单元PCU产生的中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA、***测量单元MU输出的测量信号PV及设定单元输出的设定值SP信号产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PC。PID控制单元接收设定单元输出的设定值SP信号、预测补偿单元及稳态消偏单元产生的被调量信号PV_PC，经过PID控制算法运算得输出信号AO，此信号作为到控制单元的输出信号，并送至执行单元AU以影响被控对象的实际值PV。

初始化单元INU接收控制***测量单元MU输出的测量信号PV、执行单元AU的实际指令，产生第一个执行周期、第二个执行周期的控制***输出信号AO及其他中间变量。

预测补偿单元PCU接收信号处理单元DSP产生的中间输出信号产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA。预测补偿单元PCU的各控制周期的预测值PV_PCA各具有以下功能：

1)根据实际被调量变化趋势实现被调量的动态补偿功能；

2)根据***输出指令AO的变化趋势实现被调量的动态预测功能。

稳态消偏单元STE接收预测补偿单元PCU产生的中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA、***测量单元MU输出的测量信号PV及设定单元输出的设定值SP信号产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PC。其主要功能为***判断补偿后的被调量信号PV_PCA已经稳定至设定值时，若补偿后的被调量信号PV_PCA与测量单元MU输出的测量信号PV有偏差，稳态消偏单元STE输出的自动用实际被调量PV信号代替补偿后的被调量信号PV_PCA，生成补偿后的被调量信号PV_PC，以快速消除不是指令变化的原因而是控制***外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。

控制单元的内部的主要控制参数预估器作用系数Kp决定控制***的预估补偿作用效果。当预估器作用系数Kp的绝对值越大时，预测补偿单元PCU的作用越强。当预估器作用系数Kp的绝对值越小时，预测补偿单元PCU的作用越小。当预估器作用系数Kp为0时，预测补偿单元PCU不起作用，补偿后的被调量信号PV_PC等于实际被调量信号PV。当预估器作用系数Kp设置值超过具有惯性延迟和纯延迟***实际需要的值时，补偿后的被调量信号PV_PC变化会大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后的实际变化量。此时由于PID控制器作用，将补偿后的被调量信号PV_PC稳定在需要的测量值附近时，实际被调量PV会缓慢趋向变化至需要的测量值。即一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***也有较好的稳定性。根据实际被调量PV、补偿后的被调量信号PV_PC的曲线趋势调整预估器作用系数Kp，当预估器作用系数Kp设置为稍大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后作用的系数值时，补偿后的被调量信号PV_PC经过PID控制会有超出设定值的过调，由于实际被调量PV的变化较为平缓，故实际被调量PV会更为贴近设定值，即可减少实际被调量的PID过调效果。

如图2所示，本发明提供的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制方法，具体实现过程为：

第一步：由初始化单元对控制***初始化

初始化单元INU接收控制***测量单元MU输出的测量信号PV、执行单元AU的实际指令，产生第一个执行周期、第二个执行周期的控制***输出信号AO及其他中间变量。具体地，当一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***投入的初期，由初始化单元INU产生控制***第一个、第二个控制周期的输出值及相关中间变量。通常地，为了保证***投入初期的稳定性，***投入前执行单元AU的执行设备实际指令及测量单元MU输出的测量信号PV应为稳定值。记***投入前执行单元AU的执行设备实际指令为AUO(0)，记第一个执行周期执行周期的控制***输出信号AO为AO(1)，则：

AO(1)＝AUO(0)。

记第一个执行周期、第二个执行周期的测量单元MU输出的测量信号PV分别为PV(1)、PV(2)，记第一个执行周期、第二个执行周期的控制***中间变量PV_PCA分别为PV_PCA(1)、PV_PCA(2)，则：

PV_PCA(1)＝PV(1)

PV_PCA(2)＝PV(2)。

第二步：预测补偿单元生成补偿后的被调量信号PV_PCA

由预测补偿单元生成补偿后的被调量信号PV_PCA，具体过程如下：

1)生成控制***中间信号指令微分信号AOD

特别地，第1个执行周期的控制***中间输出信号AOD的值AOD(1)由初始化单元INU给出，且AOD(1)＝0。

记第n个执行周期的控制***中间输出信号AO分别为AO(n)，第n个执行周期的中间信号指令微分信号AOD为AOD(n)，则：

AOD(n)＝AO(n)-Clt/(Clt+2*Td)*AO(n)+Clt/(Clt+2*Td)*AO(n-1)+(2*Td-Clt)/

(2*Td+Clt)*(AO(n-1)-AOD(n-1))(n>1)

上式中Clt为控制***参数控制***执行周期时间，Td为控制***参数预估器微分时间。

2)生成控制***中间信号指令微分信号AOD的惯性环节输出AODL

特别地，第1个执行周期的控制***中间输出信号AODL的值AODL(1)由初始化单元INU给出，且AODL(1)＝0。

记第n个执行周期的中间信号指令惯性环节输出AODL为AODL(n)，则：

AODL(n)＝Clt/(Clt+2*Ti)*AOD(n)+Clt/(Clt+2*Ti)*AOD(n-1)+(2*Ti-Clt)/(2*Ti+Clt)*AODL(n-1))(n>1)

上式中Clt为控制***参数控制***执行周期时间，Ti为控制***参数预估器惯性时间。

3)生成补偿后的被调量信号PV_PCA

特别地，第1、2个执行周期的控制***中间输出信号PV_PCA的值PV_PCA(1)、PV_PCA(2)由初始化单元INU给出，且PV_PCA(1)＝PV(1)、PV_PCA(2)＝PV(2)。

记第n个执行周期的控制***中间输出信号PV_PCA的值为PV_PCA(n)，则：

PV_PCA(n)＝PV_PCA(n-1)+PV(n)-PV(n-1)+Kp*AODL(n)(n>2)

上式中Kp为控制***参数预估器作用系数。

第三步：稳态消偏单元生成补偿后的被调量信号PV_PC

由稳态消偏单元生成补偿后的被调量信号PV_PC，具体过程如下：

1)生成中间信号预估稳定状态PCSS判断***是否处于稳定状态

特别地，第1个执行周期的控制***中间输出信号预估稳定状态PCSS的值PCSS(1)由初始化单元INU给出，且PCSS(1)＝0。

记第n个执行周期的设定单元输出的设定值SP信号的值为SP(n)，记第n个执行周期的控制***中间输出信号预估稳定状态PCSS的值为PCSS(n)，则：

PCSS(n)＝1(n≥2；PV_PCA(n)<SP(n)+SE且PV_PCA(n)>SP(n)-SE且PV_PCA(n-1)<SP(n-1)+SE且PV_PCA(n-1)>SP(n-1)-SE)

PCSS(n)＝0(n≥2；PV_PCA(n)>SP(n)+SE或PV_PCA(n)<SP(n)-SE或PV_PCA(n-1)>SP(n-1)+SE或PV_PCA(n-1)<SP(n-1)-SE)

上式中SE为控制***参数预估稳定误差。

2)生成中间信号预估稳定状态PCSS的单周期脉冲信号PCSSP

特别地，第1个执行周期的控制***中间输出信号单周期脉冲信号PCSSP的值PCSSP(1)由初始化单元INU给出，且PCSSP(1)＝0。

记第n个执行周期的控制***中间输出信号单周期脉冲信号PCSSP的值为PCSSP(n)，则：

PCSSP(n)＝0(n≥2；PCSSP(n)＝0或PCSSP(n-1)＝1)

PCSSP(n)＝1(n≥2；PCSSP(n)＝1且PCSSP(n-1)＝0)

3)生成补偿后的被调量信号PV_PC

特别地，第1、2个执行周期的控制***中间输出信号PV_PC的值PV_PC(1)、PV_PC(2)由初始化单元INU给出，且PV_PC(1)＝PV(1)、PV_PC(2)＝PV(2)。

记第n个执行周期的控制***中间输出信号PV_PC的值为PV_PC(n)，则：

PV_PC(n)＝PV_PCA(n)(n>2；PCSSP(n)＝0)

PV_PC(n)＝PV(n)(n>2；PCSSP(n)＝1)

第四步：PID控制单元生成控制***输出指令AO

特别地，第1个执行周期的控制***输出指令AO的值AO(1)由初始化单元INU给出，详见第一步。

由第2个控制周期开始，控制***输出指令AO由PID控制单元生成。PID控制单元接收设定单元输出的设定值SP信号、预测补偿单元及稳态消偏单元产生的被调量信号PV_PC，经过PID控制算法运算得输出信号AO。

为了便于计算，设计3个中间输出信号比例环节输出AO_P、积分环节输出AO_I、微分环节输出AO_D。

特别地，第1个执行周期的控制中间输出信号比例环节输出AO_P的值AO_P(1)由初始化单元INU给出，且AO_P(1)＝0。第1个执行周期的控制中间输出信号积分环节输出AO_I的值为AO_I(1)由初始化单元INU给出，且AO_I(1)＝AO(1)。第1个执行周期的控制中间输出信号微分环节输出AO_D的值为AO_D(1)由初始化单元INU给出，且AO_D(1)＝0。

记第n个执行周期的控制中间输出信号比例环节输出AO_P的值为AO_P(n)，第n个执行周期的控制中间输出信号积分环节输出AO_I的值为AO_I(n)，第n个执行周期的控制中间输出信号微分环节输出AO_D的值为AO_D(n)。则

AO_P(n)＝(SP(n)-PV_PC(n))*Kp_PID(n>1；DR_PID＝0)

AO_I(n)＝(SP(n)-PV_PC(n))/Ti_PID+AO_I(n-1)(n>1；DR_PID＝0)

AO_D(n)＝Kd_PID*(SP(n)-PV_PC(n)+PV_PC(n-1)-SP(n-1))(n>1；DR_PID＝0)

AO_P(n)＝(PV_PC(n)-SP(n))*Kp_PID(n>1；DR_PID＝1)

AO_I(n)＝(PV_PC(n)-SP(n))/Ti_PID+AO_I(n-1)(n>1；DR_PID＝1)

AO_D(n)＝Kd_PID*(PV_PC(n)-SP(n)-PV_PC(n-1)+SP(n-1))(n>1；DR_PID＝1)

上式中，DR_PID为控制***参数PID控制方向、Kp_PID为控制***参数PID比例系数、Ti_PID为控制***参数PID积分时间、Kd_PID为控制***参数PID微分系数。

记第n个执行周期的控制***输出指令AO的值为AO(n)，则：

AO(n)＝AO_P(n)+AO_I(n)+AO_D(n)(n>1)

对于一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，上述步骤通常以循环的方式执行，得到控制单元计算得到输出信号AO的连续输出，并将输出信号AO送至控制***执行单元至执行单元AU以影响被控对象的实际值PV，实现整个控制过程。

设计某水位控制仿真模型，通过进水调节阀控制储箱水位。在第1～500个控制周期时设置水位设定值设为30m，在第2501个控制周期后设置水位设定值设为25m。在第1～4500个控制周期时出水流量为40t/h，从第4500个控制周期后出水流量扰动到60t/h。对控制***分别设计控制指令到进水流量有200个控制周期时间的惯性延时、200个控制周期时间的惯性延时的纯延时、200个控制周期时间的惯性延时的纯延时叠加150个控制周期时间的惯性延时，这时通过常规的PID控制无法实现稳定的水位控制，使用本发明一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***进行控制，最终控制***的控制输出曲线如图3、图4、图5所示，图3～5中纵坐标表示控制***的控制周期。证明一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***具有较好的调节效果，适用于指令到反馈具有纯延时、纯惯性延时、惯性延时叠加纯延时特性三种情况。图3～5中的控制输出曲线证明一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***与方法具有较好的稳定性及动态特性，且可快速消除控制***遇到外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。

对于指令到反馈具有纯延时、纯惯性延时、惯性延时叠加纯延时特性三种情况的控制***，一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***与方法可实现稳定的动态调节，且可快速消除控制***遇到外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，包括：

测量单元，用于测量被控对象的实际值，得到被控对象的实际值PV，并将实际值PV信号送入控制单元；

设定单元，用于接收模拟量闭环控制的目标设定值SP，并将设定值SP信号送入控制单元；

控制单元，用于接收实际值PV信号、设定值SP信号，产生控制指令输出信号AO，并将AO信号送入执行单元；

执行单元，用于接收输出信号AO，根据输出信号AO调整控制***的操控对象的参数以影响被控对象的实际值PV。

2.根据权利要求1所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，控制单元内部参数设计有如下9个：控制***执行周期时间Clt、预估器作用系数Kp、预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti、预估稳定误差SE、PID比例系数Kp_PID、PID积分时间Ti_PID、PID微分系数Kd_PID以及PID控制方向DR_PID；

控制***执行周期时间Clt为由控制***决定的***参数；预估器作用系数Kp为控制参数；预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti、预估稳定误差SE为辅助控制参数；DR_PID、Kp_PID、Ti_PID、Kd_PID为PID控制器参数。

3.根据权利要求2所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，控制单元的内部参数满足以下条件：控制***执行周期时间Clt为正实数；预估器作用系数Kp为正实数、负实数或0；预估器微分时间Td、预估器惯性时间Ti为正实数或0；预估稳定误差SE为正实数；PID比例系数Kp_PID、PID微分系数Kd_PID为正实数或0；PID积分时间Ti_PID为正实数，PID控制方向DR_PID为0或1。

4.根据权利要求2所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，控制单元的内部的控制参数的默认值为：预估器作用系数Kp的默认值为0；预估器微分时间Td的默认值为3；预估器惯性时间Ti的默认值为10；预估稳定误差SE的默认值为0.001；PID控制方向DR_PID默认值为0；PID比例系数Kp_PID默认值为0；PID微分系数Kd_PID默认值为0；PID积分时间Ti_PID默认值为1000。

5.根据权利要求2所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，控制单元包括：初始化单元INU、预测补偿单元PCU、稳态消偏单元STE及PID控制单元PIDU；

初始化单元INU接收控制***测量单元MU输出的测量信号PV及PID控制单元输出的***控制输出信号AO，产生第一个执行周期、第二个执行周期的控制***中间变量及输出信号AO；预测补偿单元PCU接收初始化单元INU产生的中间输出信号、***测量单元MU输出的测量信号PV及PID控制单元输出的***控制输出信号AO产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA；稳态消偏单元STE接收预测补偿单元PCU产生的中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PCA、***测量单元MU输出的测量信号PV及设定单元输出的设定值SP信号产生中间输出信号补偿后的被调量信号PV_PC；PID控制单元接收设定单元输出的设定值SP信号、预测补偿单元及稳态消偏单元产生的被调量信号PV_PC，经过PID控制算法运算得输出信号AO，此信号作为到控制单元的输出信号，并送至执行单元AU以影响被控对象的实际值PV。

6.根据权利要求5所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，预测补偿单元PCU的各控制周期的被调量信号PV_PCA具有以下功能：

1)根据实际被调量变化趋势实现被调量的动态补偿功能；

2)根据***输出指令AO的变化趋势实现被调量的动态预测功能。

7.根据权利要求5所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，***判断补偿后的被调量信号PV_PCA已经稳定至设定值时，若补偿后的被调量信号PV_PCA与测量单元MU输出的测量信号PV有偏差，稳态消偏单元STE输出的自动用实际被调量PV信号代替补偿后的被调量信号PV_PCA，生成补偿后的被调量信号PV_PC，以消除不是指令变化的原因而是控制***外部扰动对被调量的影响而导致的稳态预测误差。

8.根据权利要求2所述的一种用于具有惯性延迟和纯延迟***的补偿预估控制***，其特征在于，控制单元的内部的预估器作用系数Kp决定控制***的预估补偿作用效果；当预估器作用系数Kp的绝对值越大时，预测补偿单元PCU的作用越强；当预估器作用系数Kp的绝对值越小时，预测补偿单元PCU的作用越小；当预估器作用系数Kp为0时，预测补偿单元PCU不起作用，补偿后的被调量信号PV_PC等于实际被调量信号PV；当预估器作用系数Kp设置值超过具有惯性延迟和纯延迟***实际需要的值时，补偿后的被调量信号PV_PC变化大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后的实际变化量；此时由于PID控制器作用，将补偿后的被调量信号PV_PC稳定在需要的测量值附近时，实际被调量PV会缓慢趋向变化至需要的测量值；根据实际被调量PV、补偿后的被调量信号PV_PC的曲线趋势调整预估器作用系数Kp，当预估器作用系数Kp设置为大于理论上***消除惯性延时及纯延时环节后作用的系数值时，补偿后的被调量信号PV_PC经过PID控制超出设定值的过调，由于实际被调量PV的变化较为平缓，故实际被调量PV会更为贴近设定值，即可减少实际被调量的PID过调效果。