[发明专利]一种化工间歇过程控制系统稳定性保持方法

摘要

本发明公开了一种化工间歇过程控制系统稳定性保持方法。本发明首先应用系统转换的相关理论，建立不同大小的状态模型，通过相邻阶段之间的关系构造对应的转换序列和状态矩阵，然后设计了与状态相关的转换信号，建立了保证指数稳定的充分条件，设计了可靠的控制法，实现了控制系统在运行时间下界稳定运行的充分条件。本发明改进了传统的控制策略只考虑单个变量以致控制器存在延迟的不足之处，有效地提升了控制器的整体性能，提高了化工间歇过程控制器的控制性能，保证了产品质。

主权项

一种化工间歇过程控制系统稳定性保持方法，其特征在于该方法具体是：步骤1：针对传统控制策略存在的未考虑运行时间的不足之处，设计新型的控制模型，具体为：1.1用数学方程描述化工间歇过程系统的动态变化x(t+1,k)=Aσ(t,k)x(t,k)+Bσ(t,k)u(t,k)+wσ(t,k)(t,k)y(t,k)=Cσ(t,k)x(t,k)]]>t＝0,1,2,LTk；k＝1,2,LKk其中，t和k分别是时间步长和周期索引，x(t,k)∈Rn，u(t,k)∈R1，y(t,k)∈R1分别表示在周期过程中第k个周期t时刻的状态，输入和输出，x(t+1,k)表示周期过程中第k个周期t+1时刻的状态；Tk表示第k个周期的持续时间，Kk表示达到最优控制律需要的周期数；Aσ(t,k)，Bσ(t,k)，Cσ(t,k)分别表示对应维数的常量矩阵，wσ(t,k)表示未知的扰动；σ(t,k)表示一个转换信号；这里，转换条件满足Gσ(t,k)+1(x(t,k))<0,σ(0,k)≡1]]>其中，σ(0,k)≡1表示系统转换有固定的顺序，且每一次周期处理过程都从阶段一开始；Gσ(t,k)+1(x(t,k))<0表示只要在某一个时间点满足这个条件，系统状态就会发生转换；1.2引入满足转换条件的时间变量其中，是第k个周期第i阶段的转换时间，是第k个周期第i‑1阶段的转换时间，Gi(x(t,k))<0表示转换条件，表示初始转换时间；1.3将步骤1.1中的方程重写为：xi(t+1,k)=Aixi(t,k)+Biui(t,k)+wi(t,k)yi(t,k)=Cixi(t,k)]]>其中xi(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的状态；xi(t+1,k)表示第k个周期第i阶段t+1时刻的状态；Ai,Bi,Ci分别表示对应维数的常数矩阵；ui(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的输入，yi(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的输出；wi(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的未知扰动；1.4引入跟踪误差误差变量来修正控制系统的偏差其中，ei(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的跟踪误差；表示第k个周期第i阶段t时刻的参考输出，yi(t,k)表示第k个周期第i阶段t时刻的实际输出；1.5引入状态误差变量来修正控制系统的偏差其中，表示第k个周期第i阶段t时刻状态变量偏差值；xi(t,k)表示k个周期第i阶段t时刻的状态，xi(t,k‑1)表示k个周期第i阶段t‑1时刻的状态；1.6根据步骤1.3和步骤1.4，得到新的系统模型：其中，wi(t,k‑1)表示第k‑1个周期第i阶段t时刻的未知扰动，表示第k‑1个周期第i阶段t时刻扰动和第k个周期第i阶段t时刻扰动之间的差值，表示第k个周期第i阶段t+1时刻状态变量偏差值，ei(t+1,k)表示第k个周期第i阶段t+1时刻的跟踪误差，ei(t+1,k‑1)表示第k‑1个周期第i阶段t+1时刻的跟踪误差，ri(t,k)表示系统的更新律；步骤2：根据步骤1中的新型控制模型设计新型的化工间歇过程控制器；具体为：2.1假设系统扰动是重复的，即使得到新的系统控制模型其中，表示第k‑1个周期第i阶段t时刻的跟踪误差和第k个周期第i阶段t时刻的跟踪误差之间的差值；表示第k个周期第i阶段t时刻的跟踪误差和第k+1个周期第i阶段t时刻的跟踪误差之间的差值；2.2根据步骤2.1，控制系统的更新律设计为其中，Ki为对应维数的系数矩阵；2.3引入控制系统的控制律ui(t,k)＝ui(t,k‑1)+ri(t,k):(for ui(t,0)＝0,t＝0,1,2,…,Ti,i＝{1,2})其中，ui(t,0)表示迭代的初始值，通常为0，ri(t,k)∈R1是第k个周期第i阶段t时刻的更新律，ui(t,k‑1)是第k‑1个周期第i阶段t时刻的执行器输入，ui(t,k)是第k个周期第i阶段t时刻的执行器输入，Ti表示第i个阶段的转换时间；2.4在步骤1.3中，设计了一个不同阶段的控制器来产生一个控制信号，使调节的机构产生调节动作；当执行调节的机构发生故障时，执行调节动作的机构前后控制信号的理想情况无法实现，控制器的实际输出为其中，ui(t,k)是第k个周期第i阶段t时刻的执行机构的理论输入，是第k个周期第i阶段t时刻的执行机构的实际执行输入；αi是执行器故障的影响因子；2.5重复步骤1.3至步骤2.4，直到得到最优控制律。