[发明专利]一种化工间歇过程控制系统稳定性保持方法

权利要求书

1.一种化工间歇过程控制系统稳定性保持方法，其特征在于该方法具体是：

步骤1：针对传统控制策略存在的未考虑运行时间的不足之处，设计新型的控制模型，具体为：

1.1用数学方程描述化工间歇过程系统的动态变化

x(t+1,k)=Aσ(t,k)x(t,k)+Bσ(t,k)u(t,k)+wσ(t,k)(t,k)y(t,k)=Cσ(t,k)x(t,k)]]>

t＝0,1,2,LT_k；k＝1,2,LK_k

其中，t和k分别是时间步长和周期索引，x(t,k)∈Rⁿ，u(t,k)∈R¹，y(t,k)∈R¹分别表示在周期过程中第k个周期t时刻的状态，输入和输出，x(t+1,k)表示周期过程中第k个周期t+1时刻的状态；T_k表示第k个周期的持续时间，K_k表示达到最优控制律需要的周期数；A_σ(t,k)，B_σ(t,k)，C_σ(t,k)分别表示对应维数的常量矩阵，w_σ(t,k)表示未知的扰动；σ(t,k)表示一个转换信号；这里，转换条件满足

Gσ(t,k)+1(x(t,k))<0,σ(0,k)≡1]]>

其中，σ(0,k)≡1表示系统转换有固定的顺序，且每一次周期处理过程都从阶段一开始；G_σ(t,k)+1(x(t,k))<0表示只要在某一个时间点满足这个条件，系统状态就会发生转换；

1.2引入满足转换条件的时间变量

Tki=min{t>Tki-1|Gi(x(t,k))<0},Tk0=0]]>

其中，是第k个周期第i阶段的转换时间，是第k个周期第i-1阶段的转换时间，G_i(x(t,k))<0表示转换条件，表示初始转换时间；

1.3将步骤1.1中的方程重写为：

xi(t+1,k)=Aixi(t,k)+Biui(t,k)+wi(t,k)yi(t,k)=Cixi(t,k)]]>

其中xⁱ(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的状态；xⁱ(t+1,k)表示第k个周期第i阶段t+1时刻的状态；Aⁱ,Bⁱ,Cⁱ分别表示对应维数的常数矩阵；uⁱ(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的输入，yⁱ(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的输出；wⁱ(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的未知扰动；

1.4引入跟踪误差误差变量来修正控制系统的偏差

ei(t,k)=yri(t,k)-yi(t,k)]]>

其中，eⁱ(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的跟踪误差；表示第k个周期第i阶段t时刻的参考输出，yⁱ(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的实际输出；

1.5引入状态误差变量来修正控制系统的偏差

xΔi(t,k)=xi(t,k)-xi(t,k-1)]]>

其中，表示第k个周期第i阶段t时刻状态变量偏差值；xⁱ(t,k)表示k个周期第i阶段t时刻的状态，xⁱ(t,k-1)表示k个周期第i阶段t-1时刻的状态；

1.6根据步骤1.3和步骤1.4，得到新的系统模型：

xΔi(t+1,k)=AixΔi(t,k)+Biαiri(t,k)+w‾i(t,k)]]>

ei(t+1,k)=ei(t+1,k-1)-CiAixΔi(t,k)-CiBiαiri(t,k)-Ciw‾i(t,k)]]>

其中，wⁱ(t,k-1)表示第k-1个周期第i阶段t时刻的未知扰动，表示第k-1个周期第i阶段t时刻扰动和第k个周期第i阶段t时刻扰动之间的差值，表示第k个周期第i阶段t+1时刻状态变量偏差值，eⁱ(t+1,k)表示第k个周期第i阶段t+1时刻的跟踪误差，eⁱ(t+1,k-1)表示第k-1个周期第i阶段t+1时刻的跟踪误差，rⁱ(t,k)表示系统的更新律；

步骤2：根据步骤1中的新型控制模型设计新型的化工间歇过程控制器；具体为：

2.1假设系统扰动是重复的，即使得到新的系统控制模型

xΔi(t+1,k)e‾i(t,k+1)=A‾ixΔi(t,k)e‾i(t,k)+B‾iαiri(t,k)]]>

A‾i=Ai0-CiAiIi;B‾i=Bi-CiBi]]>

其中，表示第k-1个周期第i阶段t时刻的跟踪误差和第k个周期第i阶段t时刻的跟踪误差之间的差值；表示第k个周期第i阶段t时刻的跟踪误差和第k+1个周期第i阶段t时刻的跟踪误差之间的差值；

2.2根据步骤2.1，控制系统的更新律设计为

ri(t,k)=-KixΔi(t,k)e‾i(t,k)]]>

其中，Kⁱ为对应维数的系数矩阵；

2.3引入控制系统的控制律

uⁱ(t,k)＝uⁱ(t,k-1)+rⁱ(t,k):(for uⁱ(t,0)＝0,t＝0,1,2,…,T_i,i＝{1,2})

其中，uⁱ(t,0)表示迭代的初始值，通常为0，rⁱ(t,k)∈R¹是第k个周期第i阶段t时刻的更新律，uⁱ(t,k-1)是第k-1个周期第i阶段t时刻的执行器输入，uⁱ(t,k)是第k个周期第i阶段t时刻的执行器输入，T_i表示第i个阶段的转换时间；

2.4在步骤1.3中，设计了一个不同阶段的控制器来产生一个控制信号，使调节的机构产生调节动作；当执行调节的机构发生故障时，执行调节动作的机构前后控制信号的理想情况无法实现，控制器的实际输出为

uFi(t,k)=αiui(t,k)]]>

其中，uⁱ(t,k)是第k个周期第i阶段t时刻的执行机构的理论输入，是第k个周期第i阶段t时刻的执行机构的实际执行输入；αⁱ是执行器故障的影响因子；

2.5重复步骤1.3至步骤2.4，直到得到最优控制律。