[发明专利]基于调度与控制器参数动态重构的磁粉真空烧结装置网络化控制方法

摘要

基于调度与控制器参数动态重构的磁粉真空烧结装置网络化控制方法，包括以下步骤1)、根据实际工况对控制对象的模型进行辨识得到对象模型参数；根据系统IAE性能指标参数设置调度器阈值、调度策略、系统采样周期、系统传输周期初始值，采样序列和更新序列，系统模型为(1)；2)、根据当前的网络服务质量动态重构通信序列并在线解析计算控制器参数；3)、由D/A转换后输出至执行器，由执行器作用到被控对象,使被控对象运行在给定的范围内。本发明可根据网络实时状态进行控制器参数动态重构的单一控制器，克服原有控制器结构复杂并受通信序列传输周期约束问题，避免多个控制器周期性切换，方便被工程技术人员掌握和推广使用。本发明可有效改善网络环境，提高网络利用率及系统的整体性能。

主权项

基于调度与控制器参数动态重构的磁粉真空烧结装置网络化控制方法，包括以下步骤：Step 1、根据实际工况对磁粉真空烧结装置进行系统辨识和参数估计如式(1)：x·(t)=Apx(t,τk)+Bpu(t,τk)z(t)=Cpx(t,τk)+w(t)---(1)]]>其中表示r维磁粉真空烧结装置的状态向量；表示m维磁粉真空烧结装置的阀门开度输入向量，τk表示每个采样周期内的随机有界网络短时延，且满足0≤τk≤eh(0＜e＜1)h为控制系统的采样周期，表示q维的部扰动信号，表示磁粉真空烧结装置的被调输出温度、气压、水压、位移信号向量，Ap,Bp,Cp是适当维数的系统矩阵，Rx(r,m,q,n∈x)表示x维的实数集；Step 2：设置控制系统的采样周期h、调度周期步长N、调度周期T，并满足：T＝Nh；设置磁粉真空烧结装置kT+αh时刻采样序列的调度系数θi(kT+αh)阈值ηi和kT+βh时刻更新序列的调度系数δj(kT+βh)阈值并设置调度策略如式(2)所示：其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N‑1)，IAE表示信号的绝对误差性能。当k＝1时，设置初始调度矩阵Λα＝I，Ξβ＝I，否则根据调度策略生成当前调度周期T内的采样调度矩阵和更新调度矩阵其中为kT+αh时刻采样序列调度系数组成的向量，为kT+βh时刻更新序列调度系数组成的向量；Step 3:系统以调度周期T离散化，并根据step 2的调度策略建立如下映射关系：x‾(kT+αh)=Λαx(kT+αh)u‾(kT+βh)=Ξβu(kT+βh)+(I-Ξβ)u‾[kT+(β-1)h]---(3)]]>其中为系统调度后控制器的输入状态向量，为经系统调度后控制器的输出向量；构建系统增广向量矩阵包括：状态向量矩阵X(kT)，控制器输出U(kT)、控制器的有效输入执行器的有效输入被调输出Z(kT)、外部扰动信号W(kT)、采样调度矩阵更新调度矩阵和并建立新的映射关系如下：X‾(kT)=Λ‾(kT)X(kT)U‾(kT)=Ξ‾0(kT)U(kT)+Ξ‾1(kT)U‾(kT)---(4)]]>其中：X(kT)=x[(k-1)T+h]x[(k-1)T+2h]...x(kT),U(kT)=u(kT)u(kT+h)...u[kT+(N-1)h]]]>X‾(kT)=x‾[(k-1)T+h]x‾[(k-1)T+2h]...x‾(kT),U‾(kT)=u‾(kT)u‾(kT+h)...u‾[kT+(N-1)h],Z(kT)=z(kT)z(kT+h)...z[kT+(N-1)h],]]>Ξ‾1(kT)=0...0I-Ξ00...0(I-Ξ1)(I-Ξ0)............0...0Πi=1N-1(I-Ξi),]]>Step 4:设置系统状态反馈控制器重新构造新的状态向量G、M、N、L如下：X~(kT)=XT(kT)U‾T[(k-1)T]T,]]>G=Ae+B0′(τk)Ξ‾0(kT)KkΛ‾(kT)B0′(τk)Ξ‾1(kT)+B1′(τk)Ξ‾0(kT)KkΛ‾(kT)Ξ‾1(kT),]]>L＝H′1并建立集调度与控制为一体的闭环系统模型(5)：X~[(k+1)T]=GX~(kT)+MW(kT)Z(kT)=NX~(kT)+LW(kT)---(5)]]>其中：Kk为控制器参数，τkd‑‑‑‑表示第k个调度周期内第d个采样周期的时延，A、B0(τk)、B1(τk1)、H0、Ae、B′0(τk)、B′1(τk)、H′0、D′0(τk)、C′e、D′1(τk)、H′1为中间计算变量A=eAph,B0(τk)=∫0h-τk1eApsdsBp,B1(τk1)=∫h-τk1heApsdsBp,H0=∫0heApsdsHp,]]>Ae=0...0A0...0A2............0...0AN]]>Step 5：重新设置计算变量并在线求解以下的优化问题:minrs.t.-X0(Ce′X+B~1Y)T(Ae′X+B~0Y)T(E~0Y+E~1X)T*-rILTMT0**-I+ϵD~1D~1TD~1D~0T0***-X+ϵD~0D~0T0****-ϵI<0X>0---(6)]]>利用上一步得到的可行解，可得状态反馈控制器参数其中表示矩阵的伪逆；当k＝k+1，重新回到Step 3求解控制器参数；温度控制信号由D/A转换后输出至蒸汽进气装置的电磁阀，气压控制信号由D/A转换后输出至进气装置的截门形气动阀，水压控制信号由D/A转换后输出至直动式溢流阀，位移信号由D/A转换后输出至直流电机PWM控制器，最后作用到磁粉真空烧结装置,使磁粉真空烧结装置的温度、气压、水压、位移信号运行在给定的范围内。