[发明专利]一种多阶段间歇过程的最小运行时间控制方法

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种多阶段间歇过程的最小运行时间控制方法。

背景技术

间歇过程是多品种、小批量、高附加值产品生产的首要选择，因其适应现代化生产的需要，在我国工业生产中占有很高比例。在典型的间歇过程中，产品总是一个批次一个批次地生产，依靠重复生产得到大量相同产品，即间歇过程具有重复特性；另外，间歇过程还具有批次内动态快速演变和批次间动态慢速演变的二维(2D)特性。

在每个批次内，间歇过程又是一个多阶段生产产品的过程，由于各阶段生产目的不同，过程特性不同，导致各阶段的模型维数可能是不同的。以往针对间歇过程的控制研究，往往只考虑单阶段的高精度控制，仅仅考虑单阶段的最优控制并不能保证全局最优和生产的整体高效运行。此外，在实际工业过程中，阶段的运行时间多由实际经验或估计得到，这也在一定程度上延长了间歇过程实际运行所需要的时间，给间歇过程的高效运行带来了本质困难。而在已有理论研究中，还未出现针对各阶段运行时间的研究成果，仅存在一些关于相邻阶段切换条件与切换时间的研究。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种多阶段间歇过程的最小运行时间控制方法。

本发明的技术方案是：

一种多阶段间歇过程的最小运行时间控制方法，包括以下步骤：

步骤1：根据间歇过程各阶段的离散状态空间模型，建立间歇过程的混杂状态空间模型；间歇过程的混杂状态空间模型由式(2)表示：

其中，k表示间歇过程所处批次，t代表间歇过程在批次内所处的运行时刻；T_k表示第k批次生产的总体运行时间；x(t,k)，u(t,k)，y(t,k)分别代表k批次t时刻的系统状态、系统输入、系统输出；σ(t,k)∈{1,2,…,p}代表间歇过程的切换信号，表示间歇过程在批次k的时刻t发生切换，具体的取值表示所处阶段，p表示间歇过程在一个批次内总的阶段数；A_σ(t,k)、B_σ(t,k)、C_σ(t,k)分别为相应于所处阶段状态空间模型的系统状态矩阵、控制矩阵、输出矩阵，均为已知适维矩阵；w_σ(t,k)(t,k)为未知外部扰动；Ω(·,·)表示相邻两阶段的状态转移函数；

多阶段间歇过程可以看做一个切换系统，每一个阶段对应一个子系统，当间歇过程运行至不同阶段，相应的子系统被激活，可将式(2)改写为式(3)：

其中，i表示间歇过程所处阶段，xⁱ(t,k)，uⁱ(t,k)，yⁱ(t,k)为阶段i所对应子系统的系统状态、控制输入、系统输出；Aⁱ,Bⁱ,Cⁱ分别表示阶段i所对应子系统状态空间模型中的系统矩阵、控制矩阵及输出矩阵；

步骤2：基于间歇过程的重复特性和二维特性，设计二维迭代学习控制器，并针对由式(2)表示的间歇过程的混杂状态空间模型构建间歇过程的二维增广模型，进而得到间歇过程的二维闭环混杂状态空间模型；具体包括：

步骤2.1：为解决由式(3)表示的间歇过程的控制问题，设计二维迭代学习控制器，如式(4)所示：

Σ_ilc:uⁱ(t,k)＝uⁱ(t,k-1)+rⁱ(t,k): (4)

其中uⁱ(t,k)表示批次k阶段i的控制器，uⁱ(t,0)为初始迭代控制器，设为0；rⁱ(t,k)是阶段i的迭代学习更新律，为控制器增益；

步骤2.2：利用所设计的二维迭代学习控制器，针对由式(2)表示的间歇过程的混杂状态空间模型构建其二维增广模型，进而得到间歇过程的二维闭环混杂状态空间模型；

定义为批次k阶段i的时刻t间歇过程的系统状态与前一批次k-1中时刻t的系统状态的误差，即状态误差，由式(5)表示；

定义eⁱ(t,k)为批次k阶段i的时刻t的间歇过程的系统输出实际值与系统输出设定值的误差，由式(6)表示；

其中，为阶段i系统输出的设定值；yⁱ(t,k)表示批次k中阶段i的系统输出；