[发明专利]一种工业过程无穷时域优化先进控制方法

说明书

本发明公开了一种工业过程无穷时域优化先进控制方法，包括如下步骤：步骤1、扩展二维切换系统模型的建立；步骤2、设计系统无穷时域优化过程控制器。本发明通过数据采集、模型建立、预测机理、优化等手段，提出了一种工业过程无穷时域优化先进控制，该方法可有效提高系统的控制性能。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种工业过程无穷时域优化先进控制方法。

背景技术

在实际工业生产过程中，提炼油化工过程控制具有给定值最佳跟踪的优良性能，该性能保证了产品生产的一致性。但是实际的提炼油化工过程中，往往会遇到执行器失效的情况，执行器一旦失效，受控对象的快速性、准确性、稳定性都将受到极大影响。现有的二维系统模型中的提炼油化工过程鲁棒控制技术虽然能够有效地处理不确定性问题，但是在执行器失效的情况下，无法解决系统中的状态偏差问题，这些偏差问题将会对系统的持续稳定运行、系统控制性能产生不利影响，甚至影响产品质量。因此提出一种更加有效的处理执行器失效的方法是有必要的。

发明内容

本发明的目的是更好的处理提炼油化工过程中执行器失效的问题，进而提出了一种工业过程无穷时域优化先进控制方法。该方法首先将模型转化为新的状态空间模型，其次，建立包含状态误差和输出跟踪误差的等效扩展二维切换系统模型；然后，通过引入目标函数，设计了能够抵抗部分执行器故障的控制器；最后，根据时间方向和批量方向的收敛指标，设计了各阶段的最小运行时间。这种工业过程无穷时域优化先进控制方法不仅解决了执行器失效的问题，而且使得受控对象的快速性、准确性、稳定性都得到了极大的提升。

本发明方法的步骤包括：

步骤1、扩展二维切换系统模型的建立，具体步骤是：

1.1首先考虑具有延迟作用的系统过程状态空间模型，模型如下：

其中，i为阶段，t为时刻，k是批次，d是时滞，xⁱ(t,k),yⁱ(t,k)分别表示第i阶段第k批次t时刻的状态、输出，xⁱ(t+1,k)表示第i阶段第k批次t+1时刻的状态uⁱ(t-d,k)表示第i阶段第k批次t-d时刻的输入，分别表示系统第i阶段的状态、输入和输出的对应的系数矩阵。

1.2将步骤1.1中的过程模型进一步处理成如下状态空间模型形式：

其中，

T是矩阵的转置符号，uⁱ(t,k)，yⁱ(t,k)分别表示第i阶段第k批次t时刻的状态空间模型下的状态、输入、输出，表示第i阶段第k批次t+1时刻的状态空间模型下的状态；

uⁱ(t-1,k)^T，uⁱ(t-2,k)^T，…uⁱ(t-d,k)^T分别表示第i阶段第k批次t-1，t-2,...t-d时刻的状态空间模型下的输入。

1.3定义系统过程中的状态误差和输出跟踪误差为：

其中，表示第i阶段第k批次t时刻系统状态误差，eⁱ(t+1,k)表示第i阶段第k批次t+1时刻的输出跟踪误差，表示第i阶段第k-1批次t时刻状态，表示第i阶段第k批次t+1时刻参考轨迹输出，yⁱ(t+1,k)表示第i阶段第k批次t+1时刻实际输出。

1.4根据步骤1.2和1.3，可以得到扩展二维切换系统模型如下：