[發明專利]基于最小熵控制的化學批次反應器系統控制性能評價方法

有效

• 申請號: 201910990558.1
• 申請日: 2019-10-18
• 公開（公告）號: CN110632908B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 任密蜂;馬建飛;齊慧月;方茜茜;張雯
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G05B23/00
• 分類號: G05B23/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明屬于過程控制領域，尤其涉及化學批次反應器系統的控制性能評價方法，具體為一種非高斯干擾下基于最小熵控制的化學批次反應器系統控制性能評價方法。本發明提出了一種綜合性的性能評價方法，對于實際的化學批次工業控制系統，將有理熵指標與誤差均值指標通過一定的組合方式結合起來，得到一個綜合性的指標。針對化學反應器在受到非高斯噪聲情況下，利用批次系統誤差有理熵來更新控制輸入和批內期望軌跡，即解決了系統跟蹤問題，同時也簡化了批次系統有理熵基準的推導問題。

技術領域

本發明屬于過程控制領域，尤其涉及化學批次反應器系統的控制性能評價方法，具體為一種非高斯干擾下基于最小熵控制的化學批次反應器系統控制性能評價方法。

背景技術

在實際工業生產過程中，保證工業生產中產品運行高效、安全、環保具有重要意義。然而在化工制造過程中，隨著化學反應的進行，控制系統中可能存在設備老化及污損、過程特性變化等問題，這些問題都會導致控制系統的性能變差，并帶來產品質量下降、運行成本增加、安全性能下降等嚴重后果。所以，及時有效的性能評價對于化學反應器控制系統的高效、安全運行具有重要意義。

目前對控制系統隨機性性能評價的研究成果主要體現在以下幾個方面：1)線性高斯噪聲擾動下系統隨機性性能評價基準：通過計算跟蹤誤差的最小方差來刻畫高斯系統的性能。2)非線性或非高斯噪聲擾動下系統性能評價基準：相關研究主要集中在閥門摩擦非線性與過程非線性的檢測與量化以及性能評價基準上。3)其他隨機性性能評價方法：對于實際的化學工業批次過程中，根據用戶自己的特殊需求自定義基準，選取認定為性能良好的階段作為基準。但是對于線性高斯噪聲擾動下系統隨機性性能評價基準，當在非高斯噪聲下，最小方差不足以反應系統的不確定性。對于非線性或非高斯噪聲擾動下系統性能評價基準，雖然主要集中在非線性的檢測與量化上，也根據誤差熵的形式來刻畫非高斯系統的隨機性能，但純熵不足以反應誤差均值的變化。對于其他的性能評價，是用戶根據自己需求建立的指標，但不一定適用于其他系統。

本發明考慮到上述方法的不足，提出了一種綜合性的性能評價方法，對于實際的化學批次工業控制系統，將有理熵指標與輸出誤差平均值指標通過一定的組合方式結合起來，得到一個綜合性的指標。針對化學反應器在受到非高斯噪聲情況下，利用批次系統誤差有理熵來更新控制輸入和批內期望軌跡，即解決了系統跟蹤問題，同時也簡化了批次系統有理熵基準的推導問題。

發明內容

本發明針對化學批次反應器在非高斯噪聲下的控制系統可能存在設備老化及污損、過程特性變化等問題，提供了一種改進的性能評價方法，并根據有理熵和誤差均值的性能去評價所設計的控制器的性能。

基于最小有理熵的推導，通過批次控制偏差的有理熵來更新控制輸入，使系統輸出跟蹤批次內設定軌跡。

基于有理熵的批次反應控制器過程性能評價，將有理熵指標與輸出誤差平均值指標相結合，基于最小有理熵的性能指標能反映出誤差的不確定性，誤差均值指標能反映出誤差的均值變化。

非高斯噪聲下批次過程的系統描述：

化學反應的批次過程是指在循環的特定時間段內重復執行指定任務的過程。批次過程可以分為沿批軸方向的批次控制和沿時間軸方向的批次控制問題。在此期間，在第一批時設置批內設定軌跡x^sp(i,k)。隨著批次過程的進行，批內設定軌跡將逐漸接近期望的期望軌跡y^sp(i,k)。同時，批次間控制器連續控制每次批內軌跡上的輸出跟蹤。當批內設定軌跡跟蹤期望軌跡時，輸出跟蹤批內設定軌跡。在批次期間，批內控制器旨在使輸出盡可能接近批內設定軌跡。

本發明所述批次過程最小有理熵的推導主要包括兩個階段，對于每個批次內的反應過程包括下述步驟：