[发明专利]一种化工批次时滞过程鲁棒迭代学习控制方法

摘要

本发明公开了一种化工批次时滞过程鲁棒迭代学习控制方法。本发明首先通过采集输入输出数据建立输入输出模型，然后选取合适的状态变量建立状态空间模型，进一步根据状态空间模型和输出误差建立转化后的状态空间模型，最后通过选取可满足系统控制要求的性能指标设计控制器，进而设计出最优更新律，得到靠的控制方法。不同于传统的控制方法，通过在批次间引入系统输出跟踪误差，将系统模型转换为二维时延转换系统模型，再结合迭代学习控制和反馈控制，最后使系统获得了更好的控制性能。

主权项

1.一种化工批次时滞过程鲁棒迭代学习控制方法，其特征在于该方法具体是：步骤1、建立批次过程中被控对象的状态空间模型，具体步骤是：1‑1.首先采集批次过程的实时运行数据，建立一个批次过程系统模型，将在不定干扰下的批次过程系统模型描述如下：其中k和t分别表示批次和批次运行时刻，x(t+1,k+1)、x(t,k+1)、x(t‑d(t),k+1)分别是k+1批次t+1时刻、t时刻、t‑d(t)时刻的系统状态，d(t)是系统t时刻的状态延迟，y(t,k+1)∈R^l是k+1批次t时刻的系统输出，维数为R^l，u(t,k+1)∈R^m是k+1批次t时刻的系统输入，维数为R^m，l,m分别是系统输出和输入阶次；ρ(t,k)表示t时刻k批次系统所处于的工艺阶段；C^ρ(t,k)分别是适当维度系统矩阵；是带有状态延时d的适当维度系统矩阵；分别是系统扰动矩阵，ω^ρ(t,k)(t,k)是t时刻k批次外部未知扰动，x(0,k+1)是k+1批次系统的初始状态，其初始值设置为x_0,k+1；1‑2.在第i阶段的批次过程系统模型如下：其中i＝1,2,…,q是自然数，i表示批次过程的工艺阶段，xⁱ(t+1,k+1)、xⁱ(t,k+1)、xⁱ(t,k+1)分别是k+1批次第i阶段t+1时刻、t时刻、t‑d(t)时刻的系统状态，uⁱ(t,k+1)是k+1批次第i阶段t时刻的系统输入，yⁱ(t,k+1)是k+1批次第i阶段t时刻的系统输出，Cⁱ分别是第i阶段适当维度的系统矩阵；是带有状态延时d的第i阶段适当维度的系统矩阵；分别是第i阶段未知不确定的系统扰动矩阵，ωⁱ(t,k)是t时刻k批次第i阶段外部未知扰动；1‑3.确定批次过程系统模型的输入：其中ui(t,0)是开始批次第i阶段t时刻系统初始输入，ui(t,k)是k批次第i阶段t时刻的系统输入，ri(t,k+1)∈Rm是k+1批次第i阶段t时刻迭代更新律，T表示某个时刻；1‑4.结合步骤1‑2，第i阶段批次过程系统输出误差ei(t,k+1)定义如下:其中表示带有延时d的第i阶段给定期望轨迹，eⁱ(t,k+1)是k+1批次第i阶段t时刻的系统输出误差；1‑5.结合步骤1‑2到1‑4，得到以下形式表达式：其中δ为批次的后向差分算子，eⁱ(t+1,k)是k批次第i阶段t+1时刻的系统输出误差，eⁱ(t+1,k+1)是k+1批次第i阶段t+1时刻的系统输出误差；uⁱ(t,k)是k批次第i阶段t时刻的系统输入，xⁱ(t‑d(t),k)是k批次第i阶段t‑d(t)时刻的系统状态；1‑6.最终的二维转换模型以如下形式表示：其中分别是k+1批次t+1时刻、t时刻、t‑d(t)时刻拓展的系统状态，是k批次t+1时刻拓展的系统状态，Z(t,k+1)是k+1批次t时刻拓展的系统输出，表示定义为；分别为中d取1，2时的矩阵；是k+1批次t时刻拓展的外部未知扰动；为第i阶段适当维度的矩阵；步骤2、设计被控对象的批次过程控制器，具体步骤是：2‑1.基于步骤1，鲁棒性能保证控制下的最优迭代更新律形式如下：其中为第i阶段不同的增益矩阵；是k+1批次第i阶段t时刻拓展的系统状态，是k批次第i阶段t+1时刻次拓展的系统状态；为满足系统条件的矩阵，维数为(n+l)×(n+l)，Y₁ⁱ,为满足系统条件的矩阵，维数为m×(n+l)；2‑2.在重复性和非重复性扰动下，均可得到增益矩阵控制律的形式如下所示：结合步骤1‑6即可得到迭代更新律ri(t,k+1)，再结合步骤1‑3即可得到最优系统输入ui(t,k)；2‑3.在下一时刻，重复步骤1.6到2.2继续求解新的最优系统输入ui(t,k)，作用于控制对象，并依次循环。