[發明專利]一種化工多變量過程的解耦狀態空間預測控制方法

有效

• 申請號: 201210357080.7
• 申請日: 2012-09-24
• 公開（公告）號: CN102902201A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 張日東;薛安克;王建中;葛銘;孔亞廣
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/00
• 分類號: G05B13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.?一種化工多變量過程的解耦狀態空間預測控制方法，其特征在于該方法的具體步驟是：

(1)利用化工過程模型建立解耦狀態空間模型，具體方法是：

首先采集化工過程的輸入輸出數據，利用該數據建立輸入輸出模型如下：

其中、、分別為輸出向量變換、傳遞函數矩陣、輸入向量變換；?

，，

,,,表示過程的各回路傳遞函數，和分別為第個輸入、輸出變量的變換，，為計算機控制系統的離散變換算子，為的倒數，為過程的輸入輸出變量個數，所述的輸入輸出數據為數據采集器中存儲的數據；

進一步對上述方程選取伴隨矩陣解耦陣為：

其中，是伴隨矩陣解耦陣，為的伴隨矩陣；

將上述伴隨矩陣解耦陣與過程輸入輸出模型合并得到：

其中，是得到的解耦過程模型，為的行列式，為以的行列式為元素的對角矩陣；

?

將上述解耦過程模型處理成個單變量過程的離散方程形式：

其中和分別是第個過程的輸出和輸入變量，，和分別是和的系數矩陣多項式；?

???????????????????????????

其中是相應的系數矩陣，為后移步算子，是得到的模型階次；

將上述單變量過程的離散方程模型通過后移算子處理成狀態空間形式：

；

其中，?、分別是第時刻的變量值，為第時刻的輸入增量變量值，、分別為第時刻的輸出變量增量和輸入變量增量值，、、分別為對應的狀態矩陣、輸入矩陣和輸出矩陣，為取轉置符號；

定義一過程期望輸出為，并且輸出誤差為：

????進一步得到第時刻的輸出誤差為：

其中，為第時刻的過程期望輸出增量；

?????定義一個新的復合狀態變量：

??將上述處理過程綜合為一個部分解耦的過程模型：

其中，為第時刻的復合狀態變量，、、分別為對應復合狀態變量的狀態矩陣、輸入矩陣和輸出矩陣，具體是：

，，

(2)基于該解耦狀態空間模型設計預測控制器，具體方法是：

a.定義該預測控制器的目標函數為：

其中，為目標函數，是預測步長，是控制步長，、是加權矩陣，、分別為第時刻的復合狀態變量和輸入增量變量；

b.定義控制變量的作用范圍為：

c.計算控制器的參數，具體是：

首先定義與控制器參數計算的三個相關矩陣、和，具體是：????

，，

然后依據下式計算控制向量：

其中，、是依據控制要求設定的兩個矩陣，是依控制目標設計的參考軌跡向量增量。