[发明专利]一种工业过程约束预测先进控制方法

说明书

本发明公开了一种工业过程约束预测先进控制方法，包括如下步骤：步骤1、建立工业过程单输入单输出模型；步骤2、设计工业过程控制器。本发明通过模型建立、控制器设计、算法设计等手段，设计了新型工业过程约束预测先进控制方法。利用该方法可以综合考虑多种因素并提高系统的控制性能。

技术领域

本发明属于自动化工业过程控制领域，涉及到一种工业过程约束预测先进控制方法。

背景技术

随着工业的发展，化工过程为制造高价值产品而广泛应用于各个领域。但由于模型与设备不匹配会导致执行器出现故障。如果不能对模型加以约束，则难以精确控制工业过程，难以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生命安全。从安全性和生产性能的角度出发，研究一种工业过程约束预测先进控制方法是很有必要的。

发明内容

本发明目的是当工业过程中执行器出现故障时,提出一种新型的约束预测先进控制方法。该方法首先建立工业过程的模型，引入状态误差和输出误差后扩展成增量形式的状态空间模型。并引入目标函数和约束条件，得到最优更新律和控制量并作用于控制器。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执行器出现故障、目标函数以及约束条件三者之间的联系。通过对工业预测增加约束条件能更好的匹配模型和设备，达到更好的控制性能。

本发明的方法步骤包括：

步骤1、建立工业过程单输入单输出模型，具体步骤是：

1-1.建立单输入单输出模型如下：

x(k+1)＝A(k)x(k)+B(k)u(k)

y(k+1)＝Cx(k+1)

其中k表示采样时刻；x(k)、x(k+1)分别表示系统第k时刻、第k+1时刻的状态；y(k+1)表示系统第k+1时刻的输出；u(k)表示系统第k时刻控制输入；A(k)、B(k)分别表示系统第k时刻的两个对应参数矩阵；C是具有适当维数的系统矩阵。

1-2.当执行器出现部分故障时的控制量输入形式如下：

u_F(k)＝αu(k)

其中0≤α≤1表示执行器故障程度；u_F(k)是第k时刻存在故障时的控制量输入。

1-3.由步骤1-1和步骤1-2得到新的模型：

x(k+1)＝A(k)x(k)+B(k)u_F(k)

y(k+1)＝Cx(k+1)

1-4.将步骤1-3扩展成增量形式如下：

x_m(k+1)＝A_m(k)x_m(k)+B_m(k)u_F(k)

y_m(k+1)＝C_mx_m(k+1)

其中C_m＝[0,1],

x_m(k)＝[Δx(k) y(k)]；A_m(k)、B_m(k)分别表示系统第k时刻的增量形式参数矩阵，C_m表示具有适当维数的增量形式系统矩阵；x_m(k)、x_m(k+1)分别表示系统第k时刻、第k+1时刻的增量形式状态；y_m(k+1)表示系统第k+1时刻的增量形式输出,Δx(k)表示第k时刻的状态增量；y(k)表示第k时刻的输出。

1-5.引入目标函数来跟踪参考轨迹如下: