[發明專利]無窮時域優化的間歇過程2D約束容錯控制方法

有效

• 申請號: 201711169503.1
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107976942B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 王立敏;羅衛平;余維燕;王鵬
• 申請（專利權）人: 海南師范大學
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048
• 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

本發明屬于自動化技術的先進控制領域，尤其是涉及無窮時域優化的間歇過程2D約束容錯控制方法。針對干擾的約束故障控制系統模型設計迭代學習控制律，引入狀態誤差和輸出誤差，用Roesser模型將原系統的動態模型轉化為一個以預測形式表示的閉環系統模型，將設計約束迭代學習控制律轉化為確定約束更新律；根據所設計的無窮優化性能指標和2D系統Lyapunov穩定性理論，以線性矩陣不等式（LMI）約束形式給出確保閉環系統魯棒漸近穩定的更新律實時在線設計。本發明解決了控制性能無法隨著批次的遞增而得到完善，以及初值不確定的間歇過程的控制問題，最終達到節能減耗、降低成本、降低危害人身安全事故的發生。

技術領域

本發明屬于自動化技術的先進控制領域，尤其是涉及一種無窮時域優化的間歇過程2D約束容錯控制方法。

背景技術

間歇過程已成為現代制造業最為重要的生產方式之一，隨著生產規模的增大，以及生產步驟復雜程度的增加，實際生產中存在的不確定性日益凸顯，不僅影響到了系統的高效平穩運行，甚至威脅到了產品的質量。而且這些復雜的操作條件，相應的增加了系統故障出現的機率。其中，執行器故障是一種常見的故障，會影響工藝過程的操作和降低控制性能，甚至危害人身安全。雖然批次處理過程中出現了諸如迭代學習可靠容錯控制等控制方法，能很好地解決了發生執行器故障時系統依然穩定運行的控制問題。但對于具有高精密程度的設備來說，故障發生的可能極低，若不管有沒有故障，均使用可靠控制將會造成資源的浪費，長此以往，成本也會增加，顯然并不符合節能減排的環保理念。在發生嚴重故障時可靠控制律可能完全失去控制作用，這種情況下極有可能導致系統崩潰，造成重大的財產損失和人員傷亡。

此外，現階段采用的魯棒迭代學習可靠控制策略雖然可以有效地抵制生產環節中的不確定性及故障所帶來的影響，保證系統的穩定性，維持系統的控制性能，但該控制律是基于整個生產過程而求解得出，在控制效果上屬于覆蓋全局的優化控制，即自始至終使用同一控制律。

然而，在實際運行時，尤其約束系統(所謂約束系統是指其操作變量和被控變量都需滿足物理約束)在干擾及故障影響下，系統狀態不可能完全按照所求得的控制律作用而變化；若當前時刻的系統狀態與設定值發生一定的偏離時，仍繼續采用同一控制律，隨著時間的推移，系統狀態的偏離會愈發增大，而現行的魯棒迭代學習可靠控制方法無法解決系統狀態偏離的問題，這勢必會對系統的穩定運行和控制性能產生不良的影響。

模型預測控制(MPC)能夠很好地滿足控制律實時更新修正的需要，通過“滾動優化”和“反饋校正”的方式獲得每一時刻的最優控制律，確保系統狀態能夠盡可能地沿著設定的軌跡運行。然而，現有技術大多采用的是一維形式的無限時域的控制律，批次間缺少“學習”的過程，控制效果并未隨著批次的遞增而得到改善；還有一種只考慮批次間“學習”的過程，這種方法不能實現初值不確定的間歇過程的控制問題。很顯然，針對具有不確定性及故障的約束系統無窮時域優化問題的討論有待于繼續深入。因而急需提出一種新的控制方法來彌補現有方法的不足，以實現批次生產過程中節能減耗、降低成本甚至降低危害人身安全事故發生等目標。

現行的預測控制技術大多在一維方向上設計控制律，只考慮時間方向或批次方向，只考慮時間方向使得每一批次只是單純的重復，控制性能無法隨著批次的遞增而得到完善；只考慮批次方向不能實現初值不確定的間歇過程的控制問題。

發明內容

為了解決上述存在的技術問題，本發明提供了一種無窮時域優化的間歇過程2D約束容錯控制方法，有效地解決了控制性能無法隨著批次的遞增而得到完善，以及初值不確定的間歇過程的控制問題，實現了系統不管有沒有故障，在變量約束范圍內均能實時優化，最終達到節能減耗、降低成本、降低危害人身安全事故發生等目標。

本發明采用的技術方案如下：

無窮時域優化的間歇過程2D約束容錯控制方法，包括以下步驟：

A、構建具有干擾及執行器故障的間歇過程模型，所述具有干擾及執行器故障的間歇過程模型(1)由(1a)和(1b)表示：