[發明專利]一種水泥回轉窯燒成過程二維容錯LQG控制方法

在審

• 申請號: 201910976734.6
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110908343A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: 李容軒;張日東;吳勝;歐丹林;蔣超
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學;浙江邦業科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.一種水泥回轉窯燒成過程二維容錯LQG控制方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

步驟1、求解水泥回轉窯燒成過程中被控對象的拓展狀態空間模型，具體步驟是：

1-1.采集水泥回轉窯燒成過程的實時運行數據，建立在不定干擾下的水泥回轉窯燒成過程系統模型：

x(t+1,k)＝Ax(t,k)+Bu(t,k)+w(t,k)

y(t,k)＝Cx(t,k)+v(t,k)

其中k和t分別表示批次和批次運行時刻，x(t+1,k)、x(t,k)分別是t+1、t時刻k批次的過程狀態，y(t,k)是t時刻k批次的系統輸出，u(t,k)是t時刻k批次的系統輸入，w(t,k)是t時刻k批次的過程噪音，v(t,k)是t時刻k批次的過程測量噪音；A，B，C分別是適當維度的系統矩陣；

1-2.窯頭噴煤輸入閥門的開度部分故障模型描述如下：

u^F(t,k)＝αu(t,k)

其中u^F(t,k)是t時刻k批次的執行器的實際控制動作，α表示執行器故障的影響程度；和α(α<1)是可靠性的上下界限值，為已知值；

1-3.基于步驟1-2的窯頭噴煤輸入閥門的開度部分故障模型，得到變換后的系統模型，描述如下：

1-4.定義批次維差分算子：

Δ_ku^F(t,k)＝u^F(t,k)-u^F(t,k-1)

Δ_kx(t,k)＝x(t,k)-x(t,k-1)

Δ_ky(t,k)＝y(t,k)-y(t,k-1)

其中Δ_k表示批次維的差分算子，u^F(t,k-1)是t時刻k-1批次的系統輸入，x(t,k-1)是t時刻k-1批次的過程狀態，y(t,k-1)是t時刻k-1批次的系統輸出，Δ_ku^F(t,k)是t時刻k批次的系統批次維輸入變化，Δ_kx(t,k)是t時刻k批次的批次維過程狀態變化，Δ_ky(t,k)是t時刻k批次的批次維系統輸出變化；

1-5.定義水泥回轉窯燒成過程追蹤誤差：

e(t,k)＝y_r-y(t,k)

進一步得到

e(t+1,k+1)＝e(t+1,k-1)-CAΔ_kx(t,k)-CBΔ_ku^F(t,k)-CΔ_kw(t,k)-Δ_kv(t+1,k)

其中y_r是系統參考軌跡，e(t,k)是t時刻k批次的過程追蹤誤差，e(t+1,k)、e(t+1,k+1)分別是t+1時刻k、k+1批次的過程追蹤誤差，Δ_kx(t,k+1)是t時刻k+1批次的批次維過程狀態變化，Δ_ku^F(t,k+1)是t時刻k+1批次的系統批次維輸入變化，Δ_kw(t,k+1)是t時刻k+1批次的批次維過程噪音變化，Δ_kv(t+1,k+1)是t+1時刻k+1批次的批次維過程測量噪音變化；

1-6.引入新的組合狀態變量為：

其中X(t,k)是t時刻k批次的拓展過程狀態；

1-7.根據步驟1-1到1-6，最終得到拓展二維水泥回轉窯燒成過程模型為：

其中X(t+1,k+1)、X(t,k+1)是t+1、t時刻k+1批次的拓展過程狀態，X(t+1,k)是t+1時刻k批次的拓展過程狀態，Y(t,k)是t時刻k批次的拓展過程輸出，I為適當維度的單位陣；

步驟2、設計被控對象控制器，具體步驟是：

2-1.引入如下所示的LQG目標函數：

其中J表示目標函數，Q₁,Q₂,R分別是相應的控制加權矩陣；

2-2.求解上述LQG目標函數，得到水泥回轉窯燒成過程最優窯頭噴煤輸入閥門開度變化為：

Δ_ku^F(t,k)＝K₁X(t,k+1)+K₂X(t+1,k)

其中K₁、K₂分別是時間維、批次維的迭代更新增益；K＝[K₁ K₂]，K為滿足以下黎卡提方程的解；

2-3.在下一時刻，重復步驟2.1到2.2繼續求解新的LQG目標函數，得到最優窯頭噴煤輸入閥門開度變化Δ_ku^F(t,k)，作用于控制對象，并依次循環。