一种控制参数优化方法及装置与流程

本发明涉及工业自动化控制，尤其涉及一种控制参数优化方法及装置。

背景技术：

1、在石化领域，apc是一种高级控制器，可以同时实现多个回路的协同控制，模型的精度对于控制效果起到关键作用。利用模型辨识技术获取的系统模型通常是高阶的离散模型，模型物理含义难以理解，对参数进行调整的难度高。在apc施工中，通常对单位阶跃响应曲线进行拟合，得到连续的传递函数模型。待拟合的单位阶跃响应曲线，可以是通过阶跃测试实验获取的，也可以是通过系统辨识获取。此外，基于模型的pid参数整定方法使用的模型也通常是一阶或二阶的连续传递函数模型。一阶连续传递函数模型的形式较为简单，难以表示具有复杂特性的过程，例如欠阻尼、非最小相位等特性。现有技术wang,qing-guo,and yong zhang.robust identification of continuous systems with dead-timefrom step responses[j].automatica,2001,37(3):377-390中对于非最小相位的自动判断，以及滞后的处理，未提出明确的方案。对于不带零点的二阶连续传递函数的处理，也没有做具体的说明。

2、例如，一种中国专利文献上公开的“一种控制参数优化方法及装置”，其公告号：cn113128745b，公开了确定待优化传递函数以及二阶系统的传递函数，待优化传递函数具有待优化参数，基于相同的采样规则，在待优化传递函数上选取多个待优化数据，在二阶系统的传递函数上选取多个目标数据，基于待优化数据和目标数据的差值，构建目标函数，寻找待优化参数的最优值，以使目标函数最小化，但是该方案也不能对非最小相位自动判断和不带零点的二阶连续传递函数的处理。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中欠阻尼、非最小相位等特性难以精确拟合的问题，本发明提供一种控制参数优化方法，可实现不带零点的二阶连续传递函数的拟合，自动判断系统是否具有非最小相位特性，并精准拟合该特性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种控制参数优化方法，包括：获取阶跃响应曲线，根据所述的阶跃响应曲线的长度对数据点进行插值；

4、根据插值后的采样周期，通过最小二乘法估计此时的模型参数，根据模型参数建立基于单位阶跃响应的控制模型；

5、获取控制模型中两个不同的传递函数，分别确定单位阶跃响应曲线与原始单位阶跃响应曲线的差值，确定非最小相位特性；

6、获取控制模型中的滞后特性，根据拟合后的传递函数的阶跃响应的误差，确定最终模型。可自动判断系统是否具有非最小相位特性，并精准拟合该特性；可实现不带零点的二阶连续传递函数的拟合，使得模型滞后的拟合更加精准。

7、作为优选的，所述的进行插值时，对阶跃响应曲线的长度将进行阈值判断，当所述的长度小于阈值n1时，进行插值；

8、通过插值将所述的长度按照比例扩增到长度n2。通过插值的方式，对阶跃响应曲线进行数据扩增，提高模型参数估计的准确性。

9、作为优选的，所述的通过最小二乘法估计此时的模型参数时，确定基于待控制系统控制过程的第一极点和第二极点，根据所述的第一极点和第二极点确定此时的单位阶跃响应。在估计带零点的二阶连续传递函数参数时，通过比较有无非最小相位环节的拟合误差，实现了对非最小相位环节的自动判断。

10、作为优选的，所述的确定单位阶跃响应后，确定模型增益，包括确定阶跃响应曲线中若干个点的均值，基于所述的均值结合阶跃幅度确定待控制系统控制过程的稳态增益。通过阶跃响应曲线的末尾多个点的均值，估计系统增益k，估计更加准确，对欠阻尼等特殊系统的鲁棒性更强。

11、作为优选的，所述的确定模型增益后，确定响应曲线面积积分，依次对响应曲线进行一次积分和二次积分；将响应曲线面积积分结合输入量的阶跃幅度确定基于最小二乘法的模型参数。基于实际数据，能够更准确地反映系统的真实行为，可以评估系统在不同输入条件下的响应特性。使得能够更好地适应不同的操作条件和外部干扰。

12、作为优选的，还包括确定单位阶跃响应中是否包括零点，当单位阶跃响应包括零点时，比较有无非最小相位环节的拟合误差；当单位阶跃响应不包括零点时，比较不同滞后的拟合误差。实现自动判断系统是否具有非最小相位特性，并精准拟合该特性。

13、作为优选的，所述的获取控制模型中的滞后特性时，获取多组滞后数据，确定不同滞后数据的拟合误差，当任意两组滞后数据的拟合误差均与滞后量相同时，比较选取其中实际误差小的滞后数据。在估计无零点的二阶连续传递函数参数时，通过比较不同滞后的拟合误差，实现了对滞后更加精准的估计。

14、作为优选的，所述的获取控制模型中两个不同的传递函数时，确定零点参数，根据零点参数的正负，分别得到两个不同的传递函数；并确定单位阶跃响应曲线与原始单位阶跃响应曲线的差值的绝对值和，选取绝对值和最小的一组传递函数。在估计带零点的二阶连续传递函数参数时，通过比较有无非最小相位环节的拟合误差，实现了对非最小相位环节的自动判断。

15、一种控制参数优化装置，适用于如任一项实施例所述的一种控制参数优化方法，包括apc控制器，进行多回路协同控制；

16、apc控制器连接有零点判别单元，零点判别单元检测是否有零点参数；

17、零点判别单元连接有误差拟合单元，误差拟合单元比较有无最小相位环节的拟合误差或不同滞后的拟合误差。可自动判断系统是否具有非最小相位特性，并精准拟合该特性；可实现不带零点的二阶连续传递函数的拟合，使得模型滞后的拟合更加精准不同系统或同一系统在不同工况下可能具有不同的零点参数。零点判别单元能够实时检测这些参数的变化，并根据检测结果调整控制策略。可以评估当前控制策略的效果，并据此进行优化。

18、作为优选的，所述的误差拟合单元根据零点判别单元的输出结果不同进行不同的拟合误差，所述的误差拟合单元拟合误差后对误差进行比较，确定apc控制器中误差最小的模型。能够更准确地反映系统在不同状态下的动态特性，从而提高控制模型的准确性

19、本发明具有如下优点：

20、(1)可自动判断系统是否具有非最小相位特性，并精准拟合该特性；(2)可实现不带零点的二阶连续传递函数的拟合，使得模型滞后的拟合更加精准；(3)对数据点较少的响应曲线，进行数据插值，拟合精度更高；(4)通过阶跃响应曲线的末尾多个点的均值，估计系统增益k，估计更加准确，对欠阻尼等特殊系统的鲁棒性更强；(5)通过插值的方式，对阶跃响应曲线进行数据扩增，提高模型参数估计的准确性；(6)在估计带零点的二阶连续传递函数参数时，通过比较有无非最小相位环节的拟合误差，实现了对非最小相位环节的自动判断；(7)在估计无零点的二阶连续传递函数参数时，通过比较不同滞后的拟合误差，实现了对滞后更加精准的估计。

1.一种控制参数优化方法，其特征在于，包括：获取阶跃响应曲线，根据所述的阶跃响应曲线的长度对数据点进行插值；

2.根据权利要求1所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，所述的进行插值时，对阶跃响应曲线的长度将进行阈值判断，当所述的长度小于阈值n1时，进行插值；

3.根据权利要求1所述的，一种控制参数优化方法，其特征在于，所述的通过最小二乘法估计此时的模型参数时，确定基于待控制系统控制过程的第一极点和第二极点，根据所述的第一极点和第二极点确定此时的单位阶跃响应。

4.根据权利要求1或2所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，所述的确定单位阶跃响应后，确定模型增益，包括确定阶跃响应曲线中若干个点的均值，基于所述的均值结合阶跃幅度确定待控制系统控制过程的稳态增益。

5.根据权利要求4所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，所述的确定模型增益后，确定响应曲线面积积分，依次对响应曲线进行一次积分和二次积分；将响应曲线面积积分结合输入量的阶跃幅度确定基于最小二乘法的模型参数。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，还包括确定单位阶跃响应中是否包括零点，当单位阶跃响应包括零点时，比较有无非最小相位环节的拟合误差；当单位阶跃响应不包括零点时，比较不同滞后的拟合误差。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，所述的获取控制模型中的滞后特性时，获取多组滞后数据，确定不同滞后数据的拟合误差，当任意两组滞后数据的拟合误差均与滞后量相同时，比较选取其中实际误差小的滞后数据。

8.根据权利要求6所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，所述的获取控制模型中两个不同的传递函数时，确定零点参数，根据零点参数的正负，分别得到两个不同的传递函数；并确定单位阶跃响应曲线与原始单位阶跃响应曲线的差值的绝对值和，选取绝对值和最小的一组传递函数。

9.一种控制参数优化装置，适用于如权利要求1至8任一项所述的一种控制参数优化方法，其特征在于，包括apc控制器，进行多回路协同控制；

10.根据权利要求9所述的一种控制参数优化装置，其特征在于，所述的误差拟合单元根据零点判别单元的输出结果不同进行不同的拟合误差，所述的误差拟合单元拟合误差后对误差进行比较，确定apc控制器中误差最小的模型。