[發(fā)明專利]針對存在執(zhí)行器故障的間歇過程隨機2D控制器設計方法

有效

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• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107831662B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 王立敏;李秉蕓;于晶賢;施惠元;李平;張日東
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學;杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務所有限公司 21218
• 代理人: 黃英華

本發(fā)明提供一種針對存在執(zhí)行器故障的間歇過程隨機2D控制器設計方法，屬于工業(yè)過程的先進控制領域，具體包括以下步驟：A、構建二維狀態(tài)空間模型，即建立具有執(zhí)行器故障的間歇過程模型；B、將構建的二維狀態(tài)空間模型轉化為二維隨機系統(tǒng)模型；C、根據(jù)構建的二維狀態(tài)空間模型設計出滿足概率條件的控制律；D、采用線性矩陣不等式的形式對控制器增益進行求解。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明可以針對系統(tǒng)故障概率的大小自由切換控制器，對于故障頻發(fā)的系統(tǒng)，使用可靠控制器，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；對于精密程度較高的系統(tǒng)，發(fā)生故障概率較低，則根據(jù)不同情況選擇相應控制器，即僅在故障發(fā)生時切換為可靠控制器即可，極大地節(jié)約了資源，降低了控制成本。

技術領域

本發(fā)明屬于工業(yè)過程的先進控制領域，尤其涉及一種針對存在執(zhí)行器故障 的間歇過程隨機2D控制器設計方法。

背景技術

隨著工業(yè)產品社會需求量的與日俱增，自動控制系統(tǒng)的規(guī)模逐漸擴大、復 雜性日益增加，以間歇生產方式為主的設備將在更加復雜的環(huán)境下運作，當生 產設備長時間處在復雜條件下進行生產操作時，故障發(fā)生的可能性也就隨之增 加。眾所周知，執(zhí)行器是系統(tǒng)必需設備，也是最常發(fā)生故障的地方，實際動力 系統(tǒng)在開始使用時，執(zhí)行器運行良好，能夠完成指定的控制目標，但隨著機器 的使用會出現(xiàn)老化等現(xiàn)象，這時發(fā)生故障的可能性就隨之增大。故障的發(fā)生不 僅可能影響產品質量和生產效率，還可能會造成重大的財產損失和人員傷亡。

以注塑保壓過程中閥門開度為例，經(jīng)過一段時間的使用，當閥門出現(xiàn)堵塞 等故障時，往往采用可靠控制器，加大閥門開度，一定程度上保證了系統(tǒng)的控 制性能。但是當系統(tǒng)發(fā)生故障的概率極低時，仍然使用可靠控制的方法會造成 原材料的浪費，提高生產成本，從長遠來看，這一問題對于日漸提倡節(jié)能減耗 的今天至關重要，但是目前并沒有引起足夠的重視。

目前關于間歇過程故障的成果都是基于可靠控制來解決問題的，對故障頻 發(fā)的系統(tǒng)來說，確實有良好的保障，但對于具有高精密程度的系統(tǒng)，故障發(fā)生 的概率極低，使用可靠控制會導致資源浪費，為了保證系統(tǒng)的控制性能并節(jié)約 成本，提出一種更加高效節(jié)能的控制方法是很有必要的。

發(fā)明內容

本發(fā)明針對上述問題設計一種新型控制律，可以根據(jù)故障發(fā)生概率大小靈 活切換控制器類型，故障概率較大時，直接選擇可靠控制器，故障概率較小時 則根據(jù)相應情況選擇不同控制器，正常情況下利用正常的控制律，故障時利用 可靠控制律。利用此方法解決了可靠控制以不變應萬變的情況，避免資源浪費， 節(jié)約生產成本。這種方法解決了現(xiàn)有技術中可靠控制不能實現(xiàn)的系統(tǒng)處于不同 的故障概率下不穩(wěn)定的問題，以及浪費成本和資源等問題。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

針對存在執(zhí)行器故障的間歇過程隨機2D控制器設計方法，包括以下步驟：

A、構建二維狀態(tài)空間模型，即建立具有執(zhí)行器故障的間歇過程模型：

其中，A(t,k)＝A+ΔA(t,k)，ΔA(t,k)表示內部擾動，并且分別滿足ΔA(t,k)＝DF(t,k)E， F(t,k)F^T(t,k)≤I，{D,E}為適維常數(shù)陣，I為適維單位陣； x(t,k)∈Rⁿ,u(t,k)∈R^m,y(t,k)∈R^l分別表示系統(tǒng)狀態(tài)，系統(tǒng)控制輸入及系統(tǒng)輸出；t,k 分別表示運行時刻與批次；T_p表示一個批次運行的總時間，w(t,k)表示外部干擾； 是變化在一個已知的范圍內參數(shù)，滿足：

在執(zhí)行器發(fā)生故障時，即時，系統(tǒng)實際輸入u^F(t,k)將不等于u(t,k)，即 u^F(t,k)≠u(t,k)，本發(fā)明將系統(tǒng)實際輸入表示為