[发明专利]一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的快速设计方法

摘要

本发明公开了一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的快速设计方法，包括步骤1，针对双层结构的稀丙酮精馏工业模型预测控制系统，求出模型预测控制器的稳态优化层的增益模型；步骤2，找到增益模型中，过程增益矩阵中的不确定元素；步骤3，依据不确定元素和系统干扰变量，求得输出约束可达集的上边界和输出约束可达集的下边界；步骤4，依据输出约束可达集的上边界和输出约束可达集的下边界，得到动态优化控制层输出约束。本发明提供的稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的快速设计方法，能够有效解决计算输出约束可达集上边界和输出约束可达集下边界耗时较长的问题，且求取速度几乎不会受系统维数的影响。

主权项

一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的快速设计方法，其特征在于，包括：步骤1，针对双层结构的稀丙酮精馏工业模型预测控制系统，求出模型预测控制器的稳态优化层的增益模型如下：y＝Gu+Gdd式中：y为n×1维的系统输出，y∈SOC；G为n×m维的过程增益矩阵；u为m×1维的系统输入变量，u∈SIC；Gd为n×p维的干扰增益矩阵；d为p×1维的系统干扰变量，d∈DWC；SIC={u|uimin≤ui≤uimax;1≤i≤m};]]>SOC={y|yimin≤yi≤yimax;1≤i≤n};]]>DWC={d|dimin≤di≤dimax;1≤i≤p};]]>步骤2，找到增益模型中，过程增益矩阵中的不确定元素；步骤3，依据不确定元素和系统干扰变量，求得输出约束可达集的上边界和输出约束可达集的下边界；输出约束可达集LOKD定义如下：LOKD(G,d)＝{y|y＝Gu+Gdd；u∈SIC,ghk∈Δ，Gd为固定值}LOKD=∪ghk∈Δ∪d∈DWCLOKD(G,d)]]>式中，ghk为过程增益矩阵G中的不确定元素，将其表示为的形式，输出约束可达集的上边界LOKDSJ定义如下：LOKDSJ=CLOKD(∀ghk∈Δ,d=dmax)(LOKD(∀ghk∈Δ,d=dmax)∩LOKD(∀ghk∈Δ,d≠dmax))]]>输出约束可达集的下边界LOKDXJ定义如下：LOKDXJ=CLOKD(∀ghk∈Δ,d=dmin)(LOKD(∀ghk∈Δ,d]]>=dmin)∩LOKD(∀ghk∈Δ,d≠dmin))]]>步骤3中，计算输出约束可达集的上边界的步骤如下：步骤3‑a‑1，求出和分别记为Ls,max和Ls,min，求出Ls,max和Ls,min的交集Is，以及交集Is的中点CI；步骤3‑a‑2，求出和分别记为Ls,maxe和Ls,mine，e为正实数，求出Ls,max和Ls,mine的交集Ise1，以及交集Ise1的中点CIe1；Ls,min和Ls,maxe的交集Ise2，以及交集Ise2的中点CIe2；步骤3‑a‑3，分别计算Ls,max各顶点与CI的距离，以及Ls,max各顶点与CIe1的距离，若Ls,max某一顶点与CIe1的距离大于该顶点与CI的距离，则该顶点为输出约束可达集的上边界LOKDSJ中的一个顶点，以表示Ls,max中所有属于LOKDSJ顶点的集合；步骤3‑a‑4，分别计算Ls,min各顶点与CI的距离，以及Ls,min各顶点与CIe2的距离，若Ls,min某一顶点与CIe2的距离大于该顶点与CI的距离，则该顶点为输出约束可达集的上边界LOKDSJ中的一个顶点，以表示Ls,min中所有属于LOKDSJ顶点的集合；步骤3‑a‑5，输出约束可达集的上边界LOKDSJ的顶点集合为LOKDSJ的顶点所构成的多面体即为输出约束可达集的上边界；计算输出约束可达集的下边界的步骤如下：步骤3‑b‑1，求出和分别记为L’s,max和L’s,min，求出L’s,max和L’s,min的交集I’s，以及交集I’s的中点CI’；步骤3‑b‑2，求出和分别记为L’s,maxe和L’s,mine，e为正实数，求出L’s,max和L’s,mine的交集I’se1，以及交集I’se1的中点CI’e1；L’s,min和L’s,maxe的交集I’se2，以及交集I’se2的中点CI’e2；步骤3‑b‑3，分别计算L’s,max各顶点与CI’的距离，以及L’s,max各顶点与CI’e1的距离，若L’s,max某一顶点与CI’e1的距离大于该顶点与CI’的距离，则该顶点为输出约束可达集的下边界LOKDXJ中的一个顶点，以表示L’s,max中所有属于LOKDXJ顶点的集合；步骤3‑b‑4，分别计算L’s,min各顶点与CI’的距离，以及L’s,min各顶点与CI’e2的距离，若L’s,min某一顶点与CI’e2的距离大于该顶点与CI’的距离，则该顶点为输出约束可达集的下边界LOKDXJ中的一个顶点，以表示L’s,min中所有属于LOKDXJ顶点的集合；步骤3‑b‑5，输出约束可达集的下边界LOKDXJ的顶点集合为LOKDXJ的顶点所构成的多面体即为输出约束可达集的下边界；步骤4，依据输出约束可达集的上边界和输出约束可达集的下边界，得到动态优化控制层输出约束。