[發明專利]一種化工多階段批次過程迭代學習控制方法

在審

• 申請號: 201810685600.4
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108803338A
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 侯平智;于征;胡曉敏;王立敏;張日東
• 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: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

本發明公開了一種化工多階段批次過程迭代學習控制方法。本發明首先建立多階段批次過程的切換系統模型，然后基于切換系統模型，進一步設計出多階段批次過程的迭代學習控制器，獲得穩定子系統的最小平均停留時間和不穩定子系統的最大平均停留時間，最后根據不穩定子系統的最大平均停留時間，將切換步驟向前推進，消除異步切換并且避免了子系統的不穩定。不同于傳統的控制方法，本發明通過選擇分段二次函數來分析多階段批次過程的子系統穩定性。

技術領域

本發明屬于自動化工業過程控制領域，涉及到一種化工多階段批次過程迭代學習控制。

背景技術

在現代工業控制過程中，批次過程應用非常普遍，迭代學習控制也已經廣泛應用于批次過程中，但是單一的迭代學習控制不能保證系統的穩定性和良好的控制精度。為保證批次過程生產的產品質量，增強批次過程中的控制精度和穩定性，避免系統的異步切換，設計一種好的控制方法，是亟待解決的問題。傳統的方法，僅適用于單階段的批次過程，不適用于多階段批次過程。鑒于這個問題，提出了一種多階段批次過程迭代學習控制方法，通過這種方法，可以消除異步切換的問題，并且避免了系統的不穩定，保證了批次過程的高精度控制。

發明內容

本發明的目的是消除控制器和多階段批次過程中活動子系統之間的異步切換，并且避免子系統的不穩定。

本發明首先建立多階段批次過程的切換系統模型，然后基于切換系統模型，進一步設計出多階段批次過程的迭代學習控制器，獲得穩定子系統的最小平均停留時間和不穩定子系統的最大平均停留時間，最后根據不穩定子系統的最大平均停留時間，將切換步驟向前推進，消除異步切換并且避免了子系統的不穩定。

本發明的方法步驟包括：

步驟1、建立多階段批次過程的系統模型，具體步驟是：

1-1.建立批次過程系統狀態模型，形式如下：

其中，t和k分別是運行時刻和運行批次，x(t,k)、x(t+1,k)分別是t時刻、t+1時刻第k批次的系統狀態，u(t,k)是t時刻第k批次的系統輸入，y(t,k)是t時刻第k批次的系統輸出，σ(t,k)是t時刻第k批次的切換信號，w_σ(t,k)(t,k)是t時刻第k批次的外部干擾，A_σ(t,k)、B_σ(t,k)、C_σ(t,k)是適當維度的系統矩陣。

1-2.在i階段批次過程的系統狀態模型可以表示為：

其中，xⁱ(t,k)、xⁱ(t+1,k)分別是t時刻、t+1時刻第k批次i階段的系統狀態，uⁱ(t,k)是t時刻第k批次i階段的系統輸入，yⁱ(t,k)是t時刻第k批次i階段的系統輸出，Aⁱ、Bⁱ、Cⁱ是i階段適當維度的系統矩陣。

1-3.建立多階段批次過程系統狀態切換模型，根據系統維度分為兩種情況，形式如下：

(1)系統維度相同：

其中，是第k批次i階段的切換時間，分別是時刻第k批次i階段、i+1階段的系統狀態。

(2)系統維度不同：

其中，J_i是i階段的系統狀態轉移矩陣。

1-4.設定切換時間，形式如下：