恒压供水系统的MCP-PID控制.pdf

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1、届应用技孜术不恒压供水系统的MCP．PID控制木，李昀杨平贺帅鹏(上海电力学院自动化工程学院)摘要：针对恒压供水系统的控制改进需求，研究了MCP—PID控制器用于恒压供水系统的参数整定和性能测评问题，导出了按调整时间计算的MCP—PID控制器整定公式。应用MCP—PID控制的恒压供水系统仿真试验表明：与传统的ZN—PID控制相比，MCP—PID控制具有鲁棒性强、超调量小和调整时间短的优点。关键词：供水系统；多容惯性；标准传递函数；控制系统设计；参数整定一种基于多容惯性标准传递函数的PID整定方法。用O引言新方法整定的PID控制器相比用传统的ZN法整定无论在电厂、高楼、小区，还是在城市自来水厂，

2、PID控制器有超调量减少、调整时间缩短和鲁棒性提都需要自动供水系统(简称供水系统)。供水系统中高的实际效果。因此，很有必要展开多容惯性标准传最主要的被控变量是供水管道压力。目前广泛采用的递函数法整定的PID控制器应用于供水系统的恒压供水管道压力控制方案是变频式PID恒压控制方案。控制的深入研究，通过参数优化设计和控制性能试然而供水压力受控对象是一种时变、非线性和纯时延验，全面确认该方法应用于供水系统恒压控制的有效的复杂过程，用传统PID控制：方案己难达到令人满意性和可行性。的控制品质。因此，已有许多专家学者致力于新控制方案的探索研究。1恒压供水控制系统的被控过程数学模型查阅近年来的有关恒压供水

3、控制研究文献，可把文献【6]中恒压供水控制系统的被控过程是一个恒压供水新控制方案大致归为4类：时变的、非线性的并含有纯时延的被控对象。水泵由1)模糊自整定ND控制，如文献[1]所述，用初始状态向管网供水，一般可分为零压过程和压力上FuzzyPID控制器后，控制系统的响应速度加快，超升过程。零压过程是指初始时刻起，水泵把水从清水调量减小，调整时间大大缩短；池泵至到管网中的一段过程，这是一个体现纯滞后特2)PIO神经网络控制，如文献[2]所述，用PIO性的过程。上升过程是指当水泵把水充满整个管路神经元网络控制，无需知道控制对象的数学模型，能后，压力逐渐增加直至达到稳态压力的一段过程，这通过学习自动

4、整定参数；可认为是一个一阶惯性特性过程。于是，恒压供水控3)自适应控制，如文献[3]所述，采用时序辩识制系统的被控过程可用典型的一阶惯性+纯滞后模型法可解决被控对象的模型辨识难题；来代表，即用式(1)所示的数学模型来描述。4)专家模糊控制，如文献[4]所述，用专家系统整定模糊控制器后，超调量明显降低，调整时间减小。Go()=e(1)』十l但是这些针对恒压供水控制新提出的控制方案仍处不成熟的试验阶段，都存在着控制器难实现、控其中：为过程增益；为过程惯性时间常数；为制参数难整定和系统可靠性差等实际问题，所以远未过程滞后时间常数。达到实际工程应用要求。文献[6]应用阶跃响应实验建模法，可把某恒压供文

5、献[5]提出了一种新的PID控制器整定方法，是水控制系统的被控过程，根据试验数据拟合成一阶惯术基金项目：上海市“科技创新行动计划项目，，2013年第34卷第5期自动化与信息工程19(13l11104300)；上海市电站自动化技术重点实验室(13DZ2273800)。性+纯滞后模型，其具体模型参数如式(2)所示。文献[5]提出了一种新的标准传递函数，即多容惯性(multiplecapacityprocess，MCP)标准传递函数。文献[8]fiEq了MCP标准传递函数具有无超调、无系统阶数限制、无系统型次限制和高鲁棒性的优秀特性，远优于传统的1TAE标准传递函数。所以，依据2恒压供水控制系统及P

6、ID控制器的z_N法MCP标准传递函数整定的PID控制器具有超调小和参数整定高鲁棒性的特性[5]。依据MCP标准传递函数整定PID控制器参数的方法被称为MCP整定法。故下述用2．1恒压供水PID控制系统MCP整定法得到的PID控制器，称为MCP-PID控制典型的恒压供水PID控制系统结构如图1所示。器。其中，被控过程Go)模型如式(1)所示；控制器3．2MCP．PID控制器参数整定计算G)模型如式(3)所示。文献[5]中PID控制器参数的MCP整定计算法依赖于一个抽象的参数，即惯性单元时间』(见式(5))，不便于工程应用。而文献[5]还给出了MCP标准传递函数的惯性单元时间』与调整时间t的关系

7、，如式(6)所示。由此可针对PID型控制器导出图1供水系统的恒压PID控制系统以期望调整时间为参变量的MCP—PID控制器的参控制器Gc)是常用的PID控制器。PID控制器数整定公式如式(7)所示。调整时间t是每个控制的参数有、和。工程师都熟知的参量。所以，用式(7)时，只要按期望值选定调整时间t后，MCP-PID控制器参数就G。(S)=K(1+‘+)(3)』。像用Z-N法整定计算那样，只根据被控