[發明專利]一種連續攪拌反應釜狀態估計器的參數優化方法

在審

• 申請號: 201910448507.6
• 申請日: 2019-05-27
• 公開（公告）號: CN110095988A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 孔俊東;江愛朋;王浩坤;陳云;丁強
• 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: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發明公開了一種連續攪拌反應釜狀態估計器的參數優化方法，屬于工業過程控制領域。本發明利用基于模擬退火機制的遺傳群優化算法搜索最優的狀態控制器參數，增強了局部搜索能力，相比于單一的優化算法，在提升了性能的同時，并沒有增加新的算法參數。針對于衡量不同性質的時間指標和估計殘差指標，采用歸一化的思想將其納入同一量綱來設計適應度函數，這種思想簡單方便，易于實現，兼顧到計算的科學性及實時性，在狀態估計的過程中得到優化的參數。并進一步將該參數優化方法應用于連續攪拌反應釜的狀態估計器，得出的曲線仿真結果說明了該方法的有效性和實用性，并表明該方法具有局部搜索能力出色，收斂速度快，提高狀態估計性能等顯著優點。

技術領域

本發明涉及工業過程控制領域，特別是關于一種連續攪拌反應釜狀態估計器的參數優化方法。

背景技術

在大多數的工程實踐中，如雷達測距，導彈跟蹤，化工生產等領域中的控制系統，需要通過狀態反饋對系統進行優化，達到預期的性能指標要求。其中，對化工生產領域中連續攪拌反應釜過程物理量的檢測和狀態參數估計的研究，有著重要的價值。但是，并非所有的狀態變量的真實值可以直接測量得到，有些狀態變量甚至無法檢測。狀態估計作為一種根據可獲取的量測數據估算動態系統內部狀態的科學方法，已經被廣泛應用于大規模的化工生產系統中。實際系統中，約束是大量存在的，例如連續攪拌反應釜中的物質濃度和容器的反應溫度總是大于零等。針對這一問題，人們提出的滾動時域狀態估計器(MovingHorizon State Estimator，MHSE)能夠利用那些以約束形式出現的關于系統干擾和狀態的已知信息，將狀態估計問題轉化為固定時域長度的優化問題，充分提高了連續攪拌反應釜中物理參數估計的合理性和準確性。其中，固定時域長度的大小會直接影響到估計器應用在反應釜上的估計效果，因此，估計器中的參數優化成為設計估計器時必須考慮的一個重要方面。

時域長度是MHSE的一個重要參數。如果參數值過大，估計器的求解效率會降低，但估計效果會隨著參數值的增大而得到增強。所以選擇時域長度時，需要著重衡量速度和效果這兩個方面。目前在MHSE的應用中，時域長度通常選擇為系統階次的兩倍正整數值，而在實際連續攪拌反應釜的化工生產過程中，工程人員會綜合考慮生產效益，能源耗損等多種因素按照工程經驗來調整。這種方法存在耗時較長，資源消耗率嚴重，且不能客觀的符合生產需求的弊端。

發明內容

針對上述情況，本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術不足，提供一種使估計效果更好的連續攪拌反應釜狀態估計器的參數優化方法，利用一種基于模擬退火機制的遺傳算法搜索最優的狀態估計器的參數，并進一步將該參數優化方法應用于連續攪拌反應釜系統具體說明。

本發明的連續攪拌反應釜狀態估計器的參數優化方法，以每一組可行的固定時域長度值作為一個個體，利用基于模擬退火機制的遺傳群優化算法搜索出最優的狀態估計器參數。所述連續攪拌反應釜狀態估計器的參數優化方法具體包括如下步驟：

步驟1.建立連續攪拌反應釜的理想動態特性方程，方程形式如下：