[發明專利]批次過程的線性二次型容錯控制方法

有效

• 申請號: 201310433584.7
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103699009A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 張日東;李海生;吳鋒;王俊宏;鄭松
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于工業自動化技術領域，涉及一種批次過程的線性二次型容錯控制方法。

背景技術

隨著市場經濟的高速發展，工業生產過程的趨勢逐漸從少品種、大批量向多品種、小批量改變，批次處理過程是高效生產小批量產品的首選方法。在批次生產過程中由于存在摩擦、死區、飽和等特性，執行器在執行過程中不可避免地會出現一些故障，這導致它很難達到指定或理想的位置。在高效率的批次生產過程中，如果有故障沒有被檢測并且立即被糾正，過程的控制性能就會惡化，甚至會導致嚴重的安全問題，因此提出一種新的控制方法來解決執行器執行過程中可能遇到的問題從而保持系統的控制性能是十分必要的。

本發明的目的是針對批量生產過程中可能遇到的未知擾動和執行器故障的問題，提出一種批次過程的線性二次型容錯控制方法。該方法建立了批次處理過程的狀態空間模型，在該模型中聯合了狀態變量和輸出跟蹤誤差，用來更好地處理批次生產過程中可能遇到的未知擾動和執行器故障的問題。該方法不僅保證了系統在未知擾動和執行器故障情況下有良好的跟蹤性能，同時也保證了形式簡單并滿足實際工業過程的需要。

本發明的技術方案是通過數據采集、模型建立、預測機理、優化等手段，確立了一種批次過程的線性二次型容錯控制方法，利用該方法可有效提高系統在未知擾動和執行器故障情況下的控制性能。

本發明方法的步驟包括：

步驟(1).建立被控對象基于線性二次控制的狀態空間模型，具體方法是：

a.利用實時數據驅動的方法建立過程輸入輸出模型，具體方法是：建立批次過程的實時運行數據庫，通過數據采集裝置采集實時過程運行數據將采集的實時過程運行數據作為樣本集合其中，表示第i組工藝參數的輸入數據，y(i)表示第i組工藝參數的輸出值，N表示采樣總數；以該對象的實時過程運行數據集合為基礎建立基于最小二乘法的離散差分方程形式的過程模型：

其中，y_L(k)表示k時刻過程模型的工藝參數的輸出值，θ表示通過辨識得到的模型參數的集合，表示過程模型工藝參數的過去時刻的輸入和輸出數據的集合，u(k)表示k時刻工藝參數對應的控制變量，n,m,d+1分別為對應實際過程的輸出變量階次、輸入變量階次、時滯，T為矩陣的轉置符號。

采用的辨識手段為：

其中，和P為辨識中的兩個矩陣，γ為遺忘因子，為單位矩陣。

b.將a步驟中得到的過程模型轉換為差分方程的形式：

Δy(k)+M₁Δy(k-1)+M₂Δy(k-2)+…+M_n-1Δy(k-n-1)+M_nΔy(k-n)＝

N₁Δu(k-1)+N₂Δu(k-2)+…+N_n-1Δu(k-n-1)+N_nΔu(k-n)

其中，Δ為差分算子，M₁,M₂…M_n,N₁,N₂…N_n為通過模型轉換得到的相關系數。

引入中間變量Δm(k)，Δm(k)滿足