[发明专利]一种化工多阶段批次过程迭代学习控制方法

摘要

本发明公开了一种化工多阶段批次过程迭代学习控制方法。本发明首先建立多阶段批次过程的切换系统模型，然后基于切换系统模型，进一步设计出多阶段批次过程的迭代学习控制器，获得稳定子系统的最小平均停留时间和不稳定子系统的最大平均停留时间，最后根据不稳定子系统的最大平均停留时间，将切换步骤向前推进，消除异步切换并且避免了子系统的不稳定。不同于传统的控制方法，本发明通过选择分段二次函数来分析多阶段批次过程的子系统稳定性。

主权项

1.一种化工多阶段批次过程迭代学习控制方法，其特征在于该方法具体是：步骤1、建立多阶段批次过程的系统模型，具体步骤是：1‑1.建立批次过程系统状态模型，形式如下：其中，t和k分别是运行时刻和运行批次，x(t,k)、x(t+1,k)分别是t时刻、t+1时刻第k批次的系统状态，u(t,k)是t时刻第k批次的系统输入，y(t,k)是t时刻第k批次的系统输出，σ(t,k)是t时刻第k批次的切换信号，wσ(t,k)(t,k)是t时刻第k批次的外部干扰，Aσ(t,k)、Bσ(t,k)、Cσ(t,k)是适当维度的系统矩阵；1‑2.在i阶段批次过程的系统状态模型表示为：其中，xi(t,k)、xi(t+1,k)分别是t时刻、t+1时刻第k批次i阶段的系统状态，ui(t,k)是t时刻第k批次i阶段的系统输入，yi(t,k)是t时刻第k批次i阶段的系统输出，Ai、Bi、Ci是i阶段适当维度的系统矩阵；1‑3.建立多阶段批次过程系统状态切换模型，根据系统维度分为两种情况，形式如下：(1)系统维度相同：其中，是第k批次i阶段的切换时间，分别是时刻第k批次i阶段、i+1阶段的系统状态；(2)系统维度不同：其中，Ji是i阶段的系统状态转移矩阵；1‑4.设定切换时间，形式如下：其中，是第k批次i‑1阶段的切换时间，min是取最小值，是第k批次初始阶段的切换时间，G_i(x(t,k))是t时刻第k批次i阶段下与系统状态相关联的切换条件；1‑5.切换序列模型如下：其中，Σ表示切换序列，是第k₀批次1阶段切换的开始点，是第k₀批次1阶段到2阶段切换的连接点，是第k₀批次p‑1阶段到p阶段切换的连接点，是第k₀批次p阶段切换的结束点也是与第k₁批次的连接点；是第k₁批次1阶段切换的开始点；是第k_k批次阶段p‑1阶段到p阶段切换的连接点；是第k_k批次阶段p切换的结束点也是与下一个批次的连接点；步骤2、基于切换系统模型，设计新的迭代学习控制器，具体步骤是：2‑1.设计迭代控制量：ui(t,k)＝ui(t,k‑1)+ri(t,k)ui(t,0)＝0其中，ui(t,0)是t时刻迭代控制量的初始值，ri(t,k)是t时刻第k批次的迭代更新法则，ui(t,k)是t时刻第k批次i阶段的迭代控制量，ui(t,k‑1)是t时刻第k‑1批次i阶段的迭代控制量；2‑2.定义输出误差与状态误差：其中，是i阶段输出的参考值，e(t,k)是t时刻第k批次的输出误差，是t时刻第k批次i阶段的状态误差；2‑3.结合步骤1‑4、步骤2‑1、步骤2‑2得到：综合系统的误差，形式如下：其中，是t+1时刻第k批次i阶段的状态误差，eⁱ(t+1,k)是t时刻第k批次i阶段的输出误差，eⁱ(t+1,k‑1)是t+1时刻第k‑1批次i阶段的输出误差，是t时刻第k批次i阶段增广形式表示的输出误差；2‑4.结合步骤2‑3，得到多阶段批次过程迭代学习控制的增广切换模型，如下：其中，是t时刻第k+1批次i阶段增广形式表示的输出误差，Iⁱ是适当维度的单位矩阵；2‑5.切换模型的系统状态转换形式如下：其中，C_i+1是i+1阶段已知的常数矩阵，是i+1阶段的输出参考值，是时刻第k批次i+1阶段的状态误差，是时刻第k批次i+1阶段增广形式的输出误差，是时刻第k批次i阶段的状态误差，是时刻第k‑1批次i阶段的系统状态，I、Eⁱ分别是适当维度的单位矩阵，2‑6.迭代更新设计为：其中，Ki是已知的增益矩阵；2‑7.在下一时刻，重复步骤2‑1到步骤2‑6，得到迭代控制量ui(t,k)，再将其作用于被控对象，依次循环。