[发明专利]基于最小熵控制的化学批次反应器系统控制性能评价方法

说明书

本发明属于过程控制领域，尤其涉及化学批次反应器系统的控制性能评价方法，具体为一种非高斯干扰下基于最小熵控制的化学批次反应器系统控制性能评价方法。本发明提出了一种综合性的性能评价方法，对于实际的化学批次工业控制系统，将有理熵指标与误差均值指标通过一定的组合方式结合起来，得到一个综合性的指标。针对化学反应器在受到非高斯噪声情况下，利用批次系统误差有理熵来更新控制输入和批内期望轨迹，即解决了系统跟踪问题，同时也简化了批次系统有理熵基准的推导问题。

技术领域

本发明属于过程控制领域，尤其涉及化学批次反应器系统的控制性能评价方法，具体为一种非高斯干扰下基于最小熵控制的化学批次反应器系统控制性能评价方法。

背景技术

在实际工业生产过程中，保证工业生产中产品运行高效、安全、环保具有重要意义。然而在化工制造过程中，随着化学反应的进行，控制系统中可能存在设备老化及污损、过程特性变化等问题，这些问题都会导致控制系统的性能变差，并带来产品质量下降、运行成本增加、安全性能下降等严重后果。所以，及时有效的性能评价对于化学反应器控制系统的高效、安全运行具有重要意义。

目前对控制系统随机性性能评价的研究成果主要体现在以下几个方面：1)线性高斯噪声扰动下系统随机性性能评价基准：通过计算跟踪误差的最小方差来刻画高斯系统的性能。2)非线性或非高斯噪声扰动下系统性能评价基准：相关研究主要集中在阀门摩擦非线性与过程非线性的检测与量化以及性能评价基准上。3)其他随机性性能评价方法：对于实际的化学工业批次过程中，根据用户自己的特殊需求自定义基准，选取认定为性能良好的阶段作为基准。但是对于线性高斯噪声扰动下系统随机性性能评价基准，当在非高斯噪声下，最小方差不足以反应系统的不确定性。对于非线性或非高斯噪声扰动下系统性能评价基准，虽然主要集中在非线性的检测与量化上，也根据误差熵的形式来刻画非高斯系统的随机性能，但纯熵不足以反应误差均值的变化。对于其他的性能评价，是用户根据自己需求建立的指标，但不一定适用于其他系统。

本发明考虑到上述方法的不足，提出了一种综合性的性能评价方法，对于实际的化学批次工业控制系统，将有理熵指标与输出误差平均值指标通过一定的组合方式结合起来，得到一个综合性的指标。针对化学反应器在受到非高斯噪声情况下，利用批次系统误差有理熵来更新控制输入和批内期望轨迹，即解决了系统跟踪问题，同时也简化了批次系统有理熵基准的推导问题。

发明内容

本发明针对化学批次反应器在非高斯噪声下的控制系统可能存在设备老化及污损、过程特性变化等问题，提供了一种改进的性能评价方法，并根据有理熵和误差均值的性能去评价所设计的控制器的性能。

基于最小有理熵的推导，通过批次控制偏差的有理熵来更新控制输入，使系统输出跟踪批次内设定轨迹。

基于有理熵的批次反应控制器过程性能评价，将有理熵指标与输出误差平均值指标相结合，基于最小有理熵的性能指标能反映出误差的不确定性，误差均值指标能反映出误差的均值变化。

非高斯噪声下批次过程的系统描述：

化学反应的批次过程是指在循环的特定时间段内重复执行指定任务的过程。批次过程可以分为沿批轴方向的批次控制和沿时间轴方向的批次控制问题。在此期间，在第一批时设置批内设定轨迹x^sp(i,k)。随着批次过程的进行，批内设定轨迹将逐渐接近期望的期望轨迹y^sp(i,k)。同时，批次间控制器连续控制每次批内轨迹上的输出跟踪。当批内设定轨迹跟踪期望轨迹时，输出跟踪批内设定轨迹。在批次期间，批内控制器旨在使输出尽可能接近批内设定轨迹。

本发明所述批次过程最小有理熵的推导主要包括两个阶段，对于每个批次内的反应过程包括下述步骤：