[發明專利]一種中藥飲片噴霧潤藥過程軟化度預測控制方法

有效

• 申請號: 201811147517.8
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN109388064B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 何德峰;彭彬彬;徐建明;鄭雅羽;朱威;楊永祥;劉迎新
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種中藥飲片噴霧潤藥過程軟化度預測控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

1)給定中藥飲片所要達到的軟化度值r，通過增大噴頭閥門開度一度，記錄潤藥室內中藥飲片的軟化度變化值Δy(k)；

2)建立中藥飲片噴霧潤藥過程軟化度預測模型，所述預測模型采用受控自回歸積分滑動平均模型，參見式(1)：

其中，y(k)為k時刻潤藥室中藥飲片軟化度輸出值，u(k-1)為k-1時刻噴頭閥門的開度，a₁…a_n，為模型參數，z^-1是后移算子,即z^-1y(k)＝y(k-1)，z^-1u(k)＝u(k-1)，Δ＝1-z^-1為差分算子，ξ(k)是均值為零的白噪聲序列，為了利用模型式(1)導出j步后潤藥室中藥飲片軟化度輸出y(k+j)的預測值，考慮下述丟番圖方程，參見式(2)：

1＝E_j(z^-1)A(z^-1)Δ+z^-jF_j(z^-1) (2)

其中，j＝1,2,…,P，P為預測時域，E_j(z^-1)和F_j(z^-1)是由A(z^-1)和預測長度j唯一確定的多項式，參見式(3)：

其中，E_j和F_j滿足式(4)：

將式(4)中兩等式相減得式(5)和式(6)：

A(z^-1)Δ[E_j+1(z^-1)-E_j(z^-1)]+z^-j[z^-1F_j+1(z^-1)-F_j(z^-1)]＝0 (5)

則得：

由于的首項系數為1，得到式(8)：

其中，多項式F_j(z^-1)的系數的遞推關系用向量形式記為：

多項式E_j(z^-1)系數遞推公式為：

當j＝1時取E₁(z^-1)＝1，為E₁(z^-1)，F₁(z^-1)的初值，則E_j+1(z^-1)和F_j+1(z^-1)按式(11)來推算：

3)預測潤藥室中藥飲片軟化度未來k+j時刻的輸出值，在式(1)兩端乘以E_j(z^-1)Δz^j，則得到潤藥室中藥飲片軟化度未來k+j時刻預測輸出值，參見式(12)～(14)：

G_j(z^-1)＝E_j(z^-1)B(z^-1)＝g_j,0+g_j,1z^-1+…+g_j,j-1z^-(j-1) (13)

其中，向量為未來P個時刻潤藥室中藥飲片軟化度輸出值，向量ΔU(k)＝[Δu(k)…Δu(k+M-1)]^T，其中，上標“T”表示向量的轉置，Δu(k-1),…,Δu(k-n+1)分別是在k-1,…,k-n+1時刻的潤藥室噴頭閥門的開度變化量，動態矩陣G₁和G₂為

4)在線辨識與校正，將式(1)改寫為式(15)：

把模型參數和數據參數分別用向量形式記為式(16)：

采用漸消記憶的遞推最小二乘法估計參數矢量，參見式(17)：

其中，S(0)＝1000I，K(k)為權因子，S(k)為正定的協方差陣，在每個控制周期，根據最新得到的潤藥室中藥飲片軟化度輸出值和噴頭閥門開度輸入值，利用遞推式(17)估計模型參數，得到A(z^-1)，B(z^-1)的值；

5)選取潤藥室中藥飲片軟化度控制參考曲線，參見式(18)：

y_r(k+j)＝c^jy(k)+(1-c^j)r,j＝1,2,...,P (18)

其中，系數T₁為中藥飲片軟化度變化過程時間常數，T₂為中藥飲片變化過程采樣周期，y(k)為k時刻潤藥室中藥飲片軟化度輸出值，r為中藥飲片軟化度設定值，Y_r(k+1)＝[y_r(k+1)…y_r(k+P)]^T；

6)滾動優化：采用二次型性能指標函數，參見式(19)：

其中，為誤差加權系數矩陣，為控制增量加權系數矩陣，Q和R是預先離線選定好的，為使性能指標函數式(19)達到最小，將式(14)代入到式(19)，再通過最小二乘法求解偏微分等式方程求得最優控制增量向量，參見式(20)：

ΔU^*(k)＝(G₁^TQG₁+R)^-1G₁^TQ[Y_r(k+1)-G₂U(k-1)-F(z^-1)y(k)] (20)

則當前時刻的噴頭閥門開度變化量取為式(21)：

其中，為矩陣(G₁^TQG₁+R)^-1G₁^TQ的第一行；因此由u(k)＝u(k-1)+Δu^*(k)得到當前k時刻中藥飲片潤藥室噴頭閥門開度的輸入值u(k)；在下一個采樣控制周期時，重新測量此時的中藥飲片軟化度值，如此循環往復，直到中藥飲片潤藥過程軟化度達到給定值。