[发明专利]一种化工多变量过程的解耦状态空间预测控制方法

摘要

本发明涉及一种化工多变量过程的解耦状态空间预测控制方法。传统控制手段中控制参数完全依赖技术人员经验，控制效果不好。本发明方法首先基于化工过程模型建立解耦状态空间模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该解耦状态空间模型建立预测控制回路；最后通过计算预测控制器的参数，将过程对象整体实施预测控制。本发明方法通过数据采集、过程处理、预测机理、数据驱动、优化等手段，确立了一种化工多变量过程的解耦状态空间预测控制方法，利用该方法可有效提高控制的精度，提高控制平稳度。本发明方法可以有效减少理想工艺参数与实际工艺参数之间误差，保证控制装置操作在最佳状态，使生产过程的工艺参数达到严格控制。

主权项

1. 一种化工多变量过程的解耦状态空间预测控制方法，其特征在于该方法的具体步骤是：(1)利用化工过程模型建立解耦状态空间模型，具体方法是：首先采集化工过程的输入输出数据，利用该数据建立输入输出模型如下：其中、、分别为输出向量变换、传递函数矩阵、输入向量变换；，，,,,表示过程的各回路传递函数，和分别为第个输入、输出变量的变换，，为计算机控制系统的离散变换算子，为的倒数，为过程的输入输出变量个数，所述的输入输出数据为数据采集器中存储的数据；进一步对上述方程选取伴随矩阵解耦阵为：其中，是伴随矩阵解耦阵，为的伴随矩阵；将上述伴随矩阵解耦阵与过程输入输出模型合并得到：其中，是得到的解耦过程模型，为的行列式，为以的行列式为元素的对角矩阵；将上述解耦过程模型处理成个单变量过程的离散方程形式：其中和分别是第个过程的输出和输入变量，，和分别是和的系数矩阵多项式；其中是相应的系数矩阵，为后移步算子，是得到的模型阶次；将上述单变量过程的离散方程模型通过后移算子处理成状态空间形式：；其中，、分别是第时刻的变量值，为第时刻的输入增量变量值，、分别为第时刻的输出变量增量和输入变量增量值，、、分别为对应的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，为取转置符号；定义一过程期望输出为，并且输出误差为：进一步得到第时刻的输出误差为：其中，为第时刻的过程期望输出增量；     定义一个新的复合状态变量：将上述处理过程综合为一个部分解耦的过程模型：其中，为第时刻的复合状态变量，、、分别为对应复合状态变量的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，具体是：，，(2)基于该解耦状态空间模型设计预测控制器，具体方法是：a.定义该预测控制器的目标函数为：其中，为目标函数，是预测步长，是控制步长，、是加权矩阵，、分别为第时刻的复合状态变量和输入增量变量；b.定义控制变量的作用范围为：c.计算控制器的参数，具体是：首先定义与控制器参数计算的三个相关矩阵、和，具体是：，，然后依据下式计算控制向量：其中，、是依据控制要求设定的两个矩阵，是依控制目标设计的参考轨迹向量增量。