[发明专利]一种抗间歇过程扰动及时滞的模型预测H∞容错控制方法

说明书

本发明提供一种抗间歇过程扰动及时滞的模型预测H∞容错控制方法，属于工业过程的先进控制领域，包括以下步骤：步骤一：建立在时滞及执行器故障双重影响下的多阶段间歇过程模型，并构建新型扩维等价预测控制模型；步骤二：设计模型预测容错控制器及切换律；求取K值。本发明的有益效果为：本发明主要针对具有区间时滞，执行器故障的多阶段间歇过程,尤其针对干扰在批次上信息不能很好重复时，提出了一种区间时滞相关的多阶段间歇过程H∞模型新型预测容错控制策略，所采用的方法具有设计简单、行之有效的特点，很好的解决了系统不匹配干扰所带来的控制性能影响，实现了很好的跟踪。

技术领域

本发明属于工业过程的先进控制领域，本发明是针对具有区间时滞，执行器故障的多阶段间歇过程，提出了一种抗间歇过程扰动及时滞的模型预测H∞容错控制方法。

背景技术

工业生产过程主要分为连续生产过程和间歇生产过程。由于工业生产模式逐渐呈现出小规模、多品种、高附加值、技术密集等特点，间歇生产技术逐渐引起人们的关注并已经在多个领域起着越来越重要的作用。虽然，目前已有大量关于间歇过程的研究，但在现代工业加工的高精控制方面仍然是一个挑战。

近年来，容错控制方面的研究取得了不少的成果。例如：部分研究人员将存在未知干扰和执行器故障的间歇生产过程转化为二维(2D)模型，并设计控制器保证系统沿时间和周期方向上闭环收敛；以飞行器系统为背景，对执行器故障，模型不匹配以及系统参数扰动提出了新的控制方法使系统仍保持较好的控制性能；但如何在出现部分执行器失效故障和时滞的环境下维持系统的稳定性和保证系统性能仍是亟须解决的问题。

间歇过程的控制问题现行的首选方法为基于生产过程重复性的二维迭代控制学习方法，但由于该方法采用同一控制律，当系统输出已与设定值产生了一定的偏离时(执行器故障变得严重或存在外界扰动)，随时间增加，偏离会不断增大，基于这样的需求，模型预测控制(model predictive control,MPC)得以广泛的应用到更多的控制系统当中；另一方面，考虑到间歇过程是缓慢时变的过程，因而没有完美重复性，即迭代控制方法中的信息不完全相匹配，面对控制过程中存在不确定项和外界扰动的情况，MPC的稳定性将会受到负面影响；并且上述关于间歇过程的研究，大多是针对单阶段过程的，而多阶段比单阶段过程更复杂，研究成果也显得相对匮乏，现有技术如：切换系统模型研究多阶段间歇生产过程，通过线性矩阵不等式研究多阶段过程等等，大多未考虑时滞的问题，以及实际工业生产过程的非线性以及外部干扰等因素，因此，现研究成果无法完全满足市场需求。有时滞和故障的双重影响下，信息又不重复的时候，寻找新的控制方法，来达到其良好的跟踪性能就至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明针对多阶段间歇过程，设计一种模型预测H∞容错控制方法,以抑制系统所具有的干扰和时滞所带来的影响，保证系统的抗干扰性和控制性能。

本发明所采用的方法不再是2D迭代学习模型预测容错控制，直接利用一维新型控制方法，设计相应的控制律及切换律。具有设计简单、行之有效的特点，很好的解决了系统不匹配干扰所带来的控制性能影响，实现了很好的跟踪。

本发明的技术方案是利用模型预测容错控制方法，设计一类依赖于时滞的控制器，以确保系统渐近稳定，并具有最优的控制性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种抗间歇过程扰动及时滞的模型预测H∞容错控制方法，包括以下步骤：

步骤一：建立在时滞及执行器故障双重影响下的多阶段间歇过程模型，并构建新型扩维等价预测控制模型；

1.1模型的建立

针对间歇过程多阶段特有的特性，在有故障和时滞的双重影响下给出切换系统模型，考虑如下带有不确定参数扰动和区间时滞的离散故障切换系统：