[发明专利]化工过程非最小实现状态空间线性二次型控制方法

摘要

本发明涉及一种化工过程非最小实现状态空间线性二次型控制方法。目前采用传统的简单控制手段，控制参数完全依赖技术人员经验，控制效果很不理想。本发明方法采用数据采集、过程处理、预测机理、数据驱动、优化等手段，首先基于化工过程实际数据建立传递函数过程模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该传递函数过程模型建立线性二次型控制回路；最后通过计算线性二次型控制器的参数，将过程对象实施线性二次型控制。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的误差，进一步弥补了传统控制器的不足，同时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. 化工过程非最小实现状态空间线性二次型控制方法，其特征在于该方法的具体步骤是：Ⅰ.利用化工过程实际数据建立传递函数过程模型，具体方法是：步骤(1).操作化工过程的输入使其有个阶跃变化，由记录仪表记录化工过程实时输出，将化工过程实时输出值的响应曲线转换成无量纲形式：其中，是化工过程实时输出的稳态值；步骤(2).选取两个计算点，，依据以下计算公式计算传递函数过程模型所需要的参数：其中，为化工过程输入的阶跃变化幅度；步骤(3).将步骤(2)得到的参数转化为拉普拉斯形式的传递函数过程模型：其中，为拉普拉斯变换算子，为模型的时间常数，为传递函数过程模型的时滞，表示过程模型的输出值的拉普拉斯变换，表示过程模型的输入的拉普拉斯变换；Ⅱ.基于该传递函数过程模型设计非最小实现状态空间线性二次型控制器，具体方法是：a.将上述传递函数过程模型通过采样周期转化为离散输入输出模型：其中和分别是离散输入输出模型的输出和输入变量，和分别是和的系数多项式；其中是相应的系数，为后移步算子，是得到的离散输入输出模型阶次；b.将上述离散输入输出模型通过后移算子处理成状态空间形式：；其中，、分别是第时刻的状态变量值和输出变量值，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；；c.定义非最小实现状态空间线性二次型控制器目标函数的向量形式为：其中，为目标函数，和分别为状态变量和输出变量的加权矩阵；d.计算控制器的参数，,其中为第时刻的状态变量值，为控制器反馈系数向量。