[发明专利]一种基于特征模型的连续灭菌自适应双重控制器

摘要

本发明公开了一种基于特征模型的连续灭菌自适应双重控制器，属于生物控制技术领域。所述控制器以控制蒸汽喷射器蒸汽入口流量和物料入口流量的蒸汽阀门和物料阀门作为控制量，以喷射器出口物料温度作为被控制量。利用基于特征模型的自适应控制方法并采用双重控制分配策略合理规划蒸汽流量和物料流量的分配关系，使得在整个连消过程中既保证最大生产效率(即物料流量尽可能大)又能使得喷射器出口温度实现精确控制。该控制器有效考虑了各种可测快变扰动和不可测慢变参数的影响，计算量小，可调参数少，适于工程应用。可广泛应用于以蒸汽喷射器对各种培养基进行加热灭菌的生物制药连续灭菌自动控制系统。

主权项

一种基于特征模型的连续灭菌自适应双重控制器，其特征在于：所述的控制器包括蒸汽阀门控制器、物料阀门控制器、特征模型辨识模块和全系数控制律模块，对蒸汽喷射器的出口温度进行控制；(1)全系数控制律模块；以蒸汽喷射器输入输出的物料温度变化梯度作为状态变量，以蒸汽阀门控制器和物料阀门控制器的入口流量的一种组合函数作为控制量构建如下特征模型来描述喷射器的加热过程：yk+2＝f1,kyk+1+f2,kyk+gkuk+1     (1)实际喷射器出口温度Tk写为Tk＝yk+Twin,k     (2)其中，yk表示第k个控制周期的物料温度变化梯度，Twin,k表示蒸汽喷射器的物料入口温度，为根据系统特性设定的组合函数，f1,k,f2,k,gk表示时变的特征参量，k表示第k个控制周期，k≥1；所述的全系数控制律模块中具体的控制律包含如下四个部分：黄金分割控制律:其中，l1＝0.382，l2＝0.618，λ1为调节参量，yk为式(1)的第k个控制周期的物料温度变化梯度，yk＝Tk‑Twin,k，yr,k为第k个控制周期的参考温度，yr,k＝Tr,k‑Twin,k，为从特征模型辨识模块得到的辨识参数；逻辑积分控制律：ui,k+1＝uk+kek+1k=k1ek(ek-ek-1)≤Δk2ek(ek-ek-1)>Δ]]>其中，k2＞k1＞0，Δ为一小正数，ek＝yk‑yr,k uk为第k个控制周期的控制量；逻辑微分控制律：其中，cd为可调参数，ek＝yk‑yr,k,l为存储的历史数据个数；维持跟踪控制律：其中，λ2为调节参数；全系数控制律模块总的控制量为：uk+1＝ug,k+1+ui,k+1+ud,k+1+u0,k+1；(2)特征模型辨识模块；采用式(1)作为辨识模型，利用投影梯度法进行在线辨识，得到的辨识参数作为全系数控制律模块的输入参数；(3)流量分配模块；根据双重控制策略采用如下分配方式：(a)在初始阶段，令蒸汽流量处于最大输出状态或者跟踪一个预定曲线，以物料流量作为主控制量，则需要的根据蒸汽喷射器的最大加热能力，当蒸汽流量达到最大输出状态时，物料流量也达到其预定的物料流量最大值SPw；(b)在正常生产状态，以蒸汽流量作为主控制量，则需要的蒸汽流量为(c)在物料切换过程，令物料流量跟踪一个预定曲线，以蒸汽流量作为主控制量，则需要的蒸汽流量为所述的预定曲线根据物料罐液位设定；(d)在温度偏差较大时，T‑Twin＞STw令蒸汽流量处于最大输出状态，以物料流量作为主控制量，则需要的当温度稳定后，T‑Twin≤STw，再把主控制量切换为蒸汽流量(4)蒸汽阀门控制器；根据外环全系数自适应控制律和流量分配策略得到在不同情况下的蒸汽流量以此作为流量控制的蒸汽流量参考值，通过调节蒸汽阀门开度ua实现对蒸汽参考流量的跟踪控制；(5)物料阀门控制器；根据外环全系数自适应控制律和流量分配策略得到在不同情况下的物料流量以此作为流量控制的物料流量参考值，通过调节物料阀门开度uw实现对物料参考流量的跟踪控制。