[发明专利]一种化工工业过程随机故障容错控制方法

说明书

本发明公开了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。该方法首先建立化工批次过程的模型，并引入内部误差和外部干扰，然后采用随机控制理论分析不同概率条件下可能发生的故障，得到最优更新律和控制量。不同于传统的控制策略，本发明所提出的新型控制策略考虑到了内部故障和外部干扰。通过对随机故障的控制保证系统具有更好的控制性能。

技术领域

本发明属于自动化工业过程控制领域，涉及到一种化工批次过程随机故障容错控制方法。

背景技术

随着工业的发展，批次生产广泛应用于化工、医药、生物制品、现代农业等领域。随着产品需求的增加，自动化控制系统规模逐步扩大，批量生产需要在复杂的环境下运行。但是在生产技术有限的情况下，生产机器在长时间的运行下可能出现许多故障。如果不能及时有效地解决这些问题，不但会导致生产过程性能降低，还会造成严重的财产损失，甚至威胁到生产人员的安全。从安全性和生产性能的角度出发，研究一种批次过程随机故障容错控制方法是很有必要的。

发明内容

本发明目的是针对化工批次过程中出现随机故障提出一种新型的容错控制方法。该方法首先建立化工批次过程的模型，并引入内部误差和外部干扰，然后采用随机控制理论分析不同概率条件下可能发生的故障，得到最优更新律和控制量。不同于传统的控制策略，本发明所提出的新型控制策略考虑到了内部故障和外部干扰。通过对随机故障的控制保证系统具有更好的控制性能。

本发明的技术方案是通过模型建立、计算故障出现概率、控制器设计、算法设计等手段，设计了化工批次过程随机故障容错控制方法。利用该方法可以在同时出现内部故障和外部扰动时提高的控制性能。

本发明的方法步骤包括：

步骤1、建立批次生产过程模型，具体步骤是：

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。

步骤2、设计批次过程控制器，具体步骤是：

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)