基于PLC的DMC-PID的串级控制算法研究.pdf

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1、2010年第6期工业仪表与自动化装置·27·基于PLC的DMC—PID的串级控制算法研究朱贺，王洪超(1．徐州_T-程机械科技股份有限公司，江苏徐州221004；2．东南大学自动化学院，南京210096)摘要：对传统PID控制和动态矩阵控制(DMC)进行分析，设计了一种基于DMC算法和经典PID算法相结合的串级液位控制算法，并在S7—300PLC上实现上述控制算法。仿真和实验结果表明，该算法具有较强的自适应性、鲁棒性、跟踪性，控制效果优于传统的PID控制。关键词：模型预测控制；动态矩阵控制；PID；串级控制中图分类号：TP13文献标志码：A文章编号：

2、1000—0682(2010)06—0027—04ResearchonPLC-basedcascadeDnC—PIDcontrolalgorithmZHUHe，WANGHongchao(1．XuzhouConstructionMachiner)Science&TechnologyCo．，Ltd，JiangsuXuzhou221004，China；2．SchoolD厂Automation，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China)Abstract：Thispaperpresentsakindofcascadewat

3、erlevelcontrolalgorithmbasedoncombinationtheclassicalPIDalgorithmwiththeDMCalgorithmthroughanalyzingtheconventionalPIDcontrolandtheDMCcontro1．ThealgorithmisimplementedonS7-300PLC．Theresultsfromthesimulationandex—perimentindicatethattheeffectofthiscascadeDMC—PIDalgorithmismuchbe

4、tterinadaptation，robust—nessandtracingthantheconventionalPIDcontro1．Keywords：modelpredictivecontrol；dynamicmatrixcontrol；PID；cascadecontrol性等不易建立精确数学模型的工业生产过程。然0引言而由于模型的卷积性质，使其难以采用PID控制那样在工业自动控制的发展历史中，PID控制是历短的采样周期，因而对过程控制随机突发性干扰的抑史最悠久、生命力最强的基本控制方式。概括起来制往往不如PID有效。因此，为了使DMC算法在保P

5、ID算法具有如下优点：1)原理简单，使用方便；2)持PID算法优良性能的同时把串级控制结构引入预适应性强；3)鲁棒性强¨。但对于高阶复杂或多变测控制，在内环采用常规PID控制，抑制进入系统的量、强耦合过程等，PID控制一般很难满足性能要主要干扰，而外环采用DMC控制，实现良好的跟踪性求，而采用模型预测控制(MPC)则是较理想的选并在模型适配时具有较好的鲁棒性。择。l动态矩阵控制算法原理动态矩阵控制(DMC)是目前应用较广的一种模型预测控制算法，其预测功能基于对象的开环阶跃响动态矩阵控制算法是一种基于被控对象非参数应模型，建模简单，采取的实时反馈校正技

6、术，提高了数学模型的控制算法，它是以系统的阶跃响应模型预测算法的抗模型失配与抗干扰能力，采取的滚动优作为内部模型，1979年，Cutler等在美国化工年会上化策略适用于具有多变量、大时滞、强耦合和不确定首次介绍了这一算法。DMC控制包括模型预测、反馈校正、滚动优化3个部分。收稿日期：2010—06—171．1模型预测基金项目：国家863计划项日(2009AA04Z140)；江苏省自然科DMC算法是以系统的单位阶跃响应模型作为学基金资助项目(BK2009270)内部模型，它以一个由阶跃响应的系数组成的向量作者简介：朱贺(1975)，女，中国矿业大学在职

7、研究生，就职于表示：徐州]_程机械科技股份有限公司技术中心拌合站研究所，从事研发T作。S=[sls2s3S4S5⋯sⅣ]·28·T业仪表与自动化装置2010年第6期式中：代表过程的阶跃响应在第七个采样周期的minJ()=ll，．()-y()ff+ifAU()if系数，Ⅳ称为模型时域，对于渐近稳定的对象，_~的(4)选取要确保过程接近一个新的稳态值。式中为控制权矩阵，Q为误差权矩阵。虽然阶跃响应模型是一种非参数数学模型，但把式(1)和式(2)带入式(4)，对AU()求导，由于线性系统具有比例性和叠加性，故采用这组模令=0，可得最优控制型参数，在给定的系

8、统输人控制增量△U()=j△“()，△(+1)，△(+2)，⋯，△(+一AU()=(Q+R)SvQ[，(后)