[发明专利]间歇过程的受限滚动时域混杂2D跟踪控制方法

说明书

本发明涉及一种先进2D跟踪控制设计方法，特别是一种间歇过程的受限滚动时域混杂2D跟踪控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立等价2D间歇过程的状态空间模型；步骤2、设计受限滚动时域混杂2D跟踪控制器；步骤3、根据不同阶段的性能指标，设计不同阶段的最优控制器和切换信号来获得不同阶段切换条件和运行时间；步骤4、稳定性分析，根据2D系统Lyapunov函数稳定性理论和平均驻留时间方法，得出系统稳定的条件并设计满足系统稳定的切换信号。本发明所提方法，简单易行，系统运行时间明显缩短，从而提高了生产效率，且具有实时更新，跟踪快，控制性能好的特点。

技术领域

本发明涉及一种先进2D跟踪控制设计方法，特别是一种间歇过程的受限滚动时域混杂2D跟踪控制方法，是针对注塑过程控制器的设计方法。

背景技术

就现阶段而言，我们国家是世界上最大的制造业国家，但是产品加工大多都集中在中低端市场。造成这种现象的一个主要原因是生产加工设备技术含量低，能耗高。因此，在不改变原有设备的前提下设计一个更高效的节能控制器至关重要，控制器设计最主要的就是算法，所以设计一种新的算法来实现在间歇过程中多阶段的高精控制便是关键。目前使用的系统是针对单阶段实现的高精，间歇过程是多阶段过程，实现某一个阶段的高精，不代表整个过程都是高精的，其原因是因为间歇过程是一个按照一定加工工序生产的过程，及多阶段生产过程，相邻阶段相互关联，相互影响，所以必须针对不同的阶段设计相应的算法，从而确保生产的产品质量。

此外，间歇过程的控制技术大部分是一维的，只考虑时间对生产过程的影响，由于实际工况存在复杂环境，控制系统运行一段时间后其控制性能将会降低。目前，针对间歇过程的重复性和二维特性，反馈结合迭代学习控制方法得以重视，但在干扰及其他因素的影响下，现行的鲁棒迭代学习可靠控制无法解决系统状态偏离的问题，即至始至终采用同一控制律，随着时间的推移，系统的偏离就会愈发增大。这会对系统的持续稳定运行和控制性能产生不良的影响，甚至危及到产品的质量。尽管也有部分控制器可以调节，但是切换时间及运行时间则不能准确达到预期效果。

因此，为寻求间歇过程不同阶段合适的切换条件、运行时间，为解决控制中模型失配和干扰及控制器增益不变等问题，提出一种更加有效的控制方法极为必要。

发明内容

针对间歇过程出现的上述情况：间歇过程多阶段特性，本发明设计一种多阶段间歇过程受限滚动时域混杂2D跟踪控制器，使得系统在模型失配和干扰存在的情况下，依然稳定运行，并实现良好的跟踪性能。本发明通过增加可调解的加权系数的调节更为灵活的控制器，解决已有方法中控制器增益不可调节的弊端，提高其控制品质，实现更好的控制性能。

本发明目的一是寻求间歇过程不同阶段合适的切换条件、运行时间；二是为改善间歇过程中控制方法的控制性能和抗干扰性，提出间歇过程的受限滚动时域混杂2D跟踪控制方法。该方法首先通过间歇过程的第i个阶段输入输出的相关模型，选取合适的状态变量建立多阶段状态空间模型，进一步将状态空间模型转换为包含状态变量和输出跟踪误差的2D-Roesser模型，并用切换系统模型表示，然后针对不同阶段的性能指标，结合Riccati方程和边界条件求得最优的控制律。最后针对不同阶段，设计依赖于Lyapunov函数的驻留时间方法。本发明所提方法，简单易行，系统运行时间明显缩短，从而提高了生产效率，且具有实时更新，跟踪快，控制性能好的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

间歇过程的受限滚动时域混杂2D跟踪控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：

步骤1、建立等价2D间歇过程的状态空间模型：

在间歇过程的第i个阶段输入输出的相关模型如下：

F_i(z^-1)yⁱ(t,k)＝H_i(z^-1)uⁱ(t,k) (1)