[发明专利]具有执行器故障的区间时变时滞系统的随机鲁棒预测容错控制方法

说明书

本发明一种具有执行器故障的区间时变时滞系统的随机鲁棒预测容错控制方法，属于工业过程的先进控制领域，包括以下步骤，步骤一：建立具有一定概率的执行故障的区间时变时滞系统的随机状态空间模型；步骤二：将构建的区间时变时滞系统的状态空间模型转化为增广区间时变时滞随机状态空间模型；步骤三：设计基于上述增广随机模型的控制律；步骤四：构建保守性较弱的李雅普诺夫函数；本发明给出具有保守性较弱的稳定性条件，从而通过求解这些稳定条件获得最优的控制律；将最优性能和H无穷性能引入到稳定条件推导，改善系统的跟踪和抗干扰的能力；根据不同概率情况下的故障，切换不同的控制器，实现了节能降耗和减少原料的目的。

技术领域

本发明属于工业过程的先进控制领域，特别涉及一类具有不确定性、未知干扰、区间时变时滞、输入输出约束和执行器故障系统的随机鲁棒预测容错控制方法。

背景技术

以流程工业为代表的复杂工业生产过程，是国民经济和社会发展的重要支柱产业。工业的整体设备已经基本达到了世界先进水平，但产品质量的稳定性较差，难以支撑高附加值产品的生产。为此，如何保证复杂工业过程安全、高效、高质的生产是一个开放性的问题。在实际的工业生产中，随着设备的持续运作和生产需求的日益加大，往往会发生故障，尤其的是执行器的故障，并且故障的发生具有一定的概率。然而我们总是希望在故障发生时依然可以通过控制器的设计对其进行有效的控制。以往的技术或者方法，采用可靠控制方法对其进行控制，不管是否发生故障，都采用可靠控制器，这样往往会带来大量能源损耗和原料的损失。为此，该发明设计正常控制器和可靠控制器，依赖于故障的概率不同对这两种控制器进行切换，概率较小时采用正常控制器，较大时采用可靠控制器，这样可以解决不管有无故障都采用可靠控制器的弊端，可以节能降耗和减少原材料的损失。同时本发明是针对具有不确定性、未知干扰、区间时变时滞、输入输出约束的石油化工过程，提出的具有执行器故障的区间时变时滞系统的随机鲁棒预测容错控制方法。在上述情况下，对执行器的概率故障进行研究，至今未有发现相关结果。

发明的内容目前针对工业生产过程具有不确定性、未知干扰、区间时变时滞和输入输出约束和执行器故障等情况，现有的技术或者方法具有一定局限性和保守性，往往带来能源的损失和原材料的浪费，同时系统的控制性能较差。本发明正是针对具有不确定性、未知干扰、区间时变时滞、输入输出约束和具有一定概率的执行器故障的被控过程，提出了一种随机鲁棒预测容错控制方法，该发明根据故障概率的不同来切换不同的控制器，可以降低能源消耗和减少原材料的损耗，同时该方法给出的稳定条件具有较小的保守性，通过求解这些稳定条件获得的控制律，可以改善系统的控制性能，具有良好的控制品质。因此，本发明的研究对我国工业过程实现安全、高质和高效的生产目标具有跨时代的意义。

本发明采用的技术方案如下：

本发明首先将具有不确定性、未知干扰、区间时变时滞、输入输出约束以及具有一定概率执行器故障的离散系统表示为随机状态空间的形式，然后将输出跟踪误差增广到状态变量中，形成新的随机增广状态空间模型。在此基础上，通过设计保守性较弱的李雅普诺夫函数，充分考虑H无穷性能和最优性能，推导求解使系统稳定的充分条件(线性矩阵不等式的形式)，通过求解这些线性矩阵不等式获得系统最优的控制律。

具体步骤如下：

步骤一：建立具有一定概率的执行故障的区间时变时滞系统的随机状态空间模型。一个离散过程可以表示如下具有不确定性、未知干扰、区间时变时滞和一定概率执行器故障的随机状态空间模型。