[发明专利]一种化工工业过程随机故障容错控制方法

权利要求书

1.一种化工工业过程随机故障容错控制方法，包括如下步骤：

步骤1、建立批次生产过程模型；

步骤2、设计批次过程控制器。

2.如权利要求1所述的化工工业过程随机故障容错控制方法，其特征在于：步骤1具体如下：

1-1.建立批次过程系统状态模型，形式如下：

其中t和k分别表示时间和批次；x(t,k)、x(t+1,k)分别表示系统第k批次第t时刻、t+1时刻的状态；y(t,k)表示系统第k批次第t时刻的输出；u(t,k)表示系统第k批次第t时刻控制输入；B、C是具有适当维数的系统矩阵；A(t,k)、w(t,k)分别表示第k批次第t时刻的内部扰动、外部干扰；

1-2.引入期望跟踪轨迹并定义输出误差：

e(t,k)＝y_r(t)-y(t,k)

其中e(t,k)是系统第k批次第t时刻的输出误差，y_r(t)是已知的期望输出轨迹；

1-3.引入发生故障的概率：

γ(t,k)＝P{γ(t,k)＝1|γ(t,k-1)＝0}＝1-(1-α)ⁿ

其中n是每个批次总共的步骤数，α是下一个时刻发生故障的可能性，γ(t,k)是系统第k批次第t时刻出现故障的概率，P{γ(t,k)＝1|γ(t,k-1)＝0}表示第k-1批次第t时刻没出现故障的情况下第k批次第t时刻出现故障的概率。

3.如权利要求2所述的化工工业过程随机故障容错控制方法，其特征在于：步骤2具体如下：

2-1.首先设计初始控制量：

其中u(t,k-1)表示第k-1批次第t时刻的控制量输入，r(t,k)第k批次第t时刻的更新律，u(t,0)是第t时刻系统的初始控制量输入；

2-2.定义输入误差和状态误差：

δ(x(t,k))＝x(t,k)-x(t,k-1)

其中、δ(x(t,k))是系统第k批次第t时刻的状态误差，x(t,k-1)是系统第k-1批次第t时刻的状态；

2-3.当出现故障时，系统输入为：

其中是一个在0-1之间的常数，u^F(t,k)是系统第k批次第t时刻带误差的输入；

2-4.由步骤1-2和2-2可以得到：

其中是系统在第k批次第t时刻的扩展外部干扰。

e(t+1,k)＝y_r(t+1,k)-y(t+1,k)

＝e(t+1,k-1)-Cδ(x(t+1,k))

其中e(t+1,k)表示系统第k批次第t+1时刻的输出误差，e(t+1,k-1)表示系统第k-1批次第t+1时刻的输出误差，y_r(t+1,k)、y(t+1,k)分别是系统第k批次第t+1时刻的期望输出和实际输出，δ(x(t+1,k))是系统第k批次第t+1时刻的状态误差；

2-5.将步骤2-4转换为状态空间模型：

其中δ(x(t+1,k))表示系统第k批次第t+1时刻的状态误差，I是具有适当维数的单位矩阵；

2-6.由步骤2-5得更新律r(t,k)如下：

r(t,k)＝(1-γ(t,k))K₀X(t,k)+γ(t,k)K₁X(t,k)

其中X(t,k)是系统第k批次第t时刻的状态和输出误差矩阵，K₀,K₁是第i阶段的两个增益系数；

2-7.结合步骤2-1到步骤2-6可以得到化工批次过程最优控制律u(t,k)并作用于被控对象。