[發(fā)明專利]一種具有執(zhí)行器故障的CSTR溫度系統(tǒng)隨機(jī)預(yù)測容錯控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010908286.9
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111880415B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施惠元;吳佳;蘇成利;王捷夫;李子涵;王小菁;張健;李平
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧石油化工大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽之華益專利事務(wù)所有限公司 21218
• 代理人: 鄒琳

本發(fā)明涉及一種具有執(zhí)行器故障的CSTR溫度系統(tǒng)隨機(jī)預(yù)測容錯控制方法，屬于工業(yè)過程的先進(jìn)控制領(lǐng)域，所述方法包括如下步驟，步驟一：建立強(qiáng)非線性連續(xù)攪拌反應(yīng)器(CSTR)溫度系統(tǒng)的隨機(jī)狀態(tài)空間模型；步驟二：通過給出模糊規(guī)則，將上述模型局部線性化，得到具有不確定性和狀態(tài)時變時滯的CSTR溫度系統(tǒng)離散狀態(tài)增廣空間模型；步驟三：設(shè)計基于上述CSTR溫度系統(tǒng)增廣模型的隨機(jī)預(yù)測容錯控制律；步驟四：構(gòu)建CSTR溫度系統(tǒng)的李雅普諾夫函數(shù)；步驟五：通過線性矩陣不等式條件，求解出系統(tǒng)的控制器增益；本發(fā)明根據(jù)故障概率發(fā)生的大小來切換不同的控制器，可以改善控制性能，在一定程度上節(jié)約能源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)過程控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有執(zhí)行器故障的CSTR溫度系統(tǒng)隨機(jī)預(yù)測容錯控制方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代化時代的到來、工業(yè)競爭的加劇、為滿足人們對高質(zhì)量高產(chǎn)量產(chǎn)品的需求，同時為達(dá)到生產(chǎn)效益，這將會使過程生產(chǎn)中的儀器設(shè)備長時間處于高負(fù)荷運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，會在一定程度上導(dǎo)致設(shè)備運轉(zhuǎn)不周。為此，如何既能保障系統(tǒng)安全可靠地運行又能使系統(tǒng)在高性能狀態(tài)下運轉(zhuǎn)是我們有待解決的問題。但在實際生產(chǎn)過程中，多數(shù)工業(yè)過程普遍具有不確定性、區(qū)間時變時滯、未知干擾和輸入輸出約束的影響，而且執(zhí)行器的長時間運轉(zhuǎn)，可能會在一定概率上發(fā)生故障。以往的方法不管故障發(fā)生與否都采用容錯控制方法，可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的控制性能下降，并且會浪費生產(chǎn)資源又的浪費。為此，研究一種新的容錯控制方法能夠使系統(tǒng)在小概率故障發(fā)生的情況下采用常規(guī)控制，在大概率故障發(fā)生的情況下采用預(yù)測容錯控制，這樣在系統(tǒng)得到很好控制的情況下又能達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對具有不確定性、未知干擾、時變時滯和輸入輸出約束的強(qiáng)非線性連續(xù)攪拌反應(yīng)器溫度系統(tǒng)，提出一種具有執(zhí)行器故障的CSTR溫度系統(tǒng)隨機(jī)預(yù)測容錯控制方法，該方法可有效地解決系統(tǒng)模型線性化難處理的問題、降低能源的消耗、優(yōu)化系統(tǒng)的控制性能、降低控制器的保守型。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明針對CSTR溫度系統(tǒng)進(jìn)行描述，可得具到有不確定性、未知干擾、區(qū)間時變時滯和輸入輸出約束的CSTR溫度系統(tǒng)隨機(jī)狀態(tài)空間模型，然后通過給出模糊規(guī)則，并將輸出誤差增廣到上述模型中，從而可形成新的CSTR溫度系統(tǒng)增廣狀態(tài)空間模型，同時給出了一種新的、具有更小保守性和較為簡單的基于上述擴(kuò)展模型LMI形式的時滯依賴穩(wěn)定條件，從而可求解出CSTR溫度系統(tǒng)的控制器增益，為了克服任意未知干擾，將H∞性能指標(biāo)引入到控制器設(shè)計中。

步驟一：建立強(qiáng)非線性連續(xù)攪拌反應(yīng)器(CSTR)溫度系統(tǒng)的隨機(jī)狀態(tài)空間模型：

強(qiáng)非線性連續(xù)攪拌反應(yīng)器溫度系統(tǒng)的機(jī)理模型如下：

其中C_A表示A的組分濃度，反應(yīng)堆溫度和冷卻劑流量溫度分別用T和T_c表示，α表示執(zhí)行器故障因子，若v(t)＝0表示執(zhí)行器運行正常；若v(t)＝1表示執(zhí)行器發(fā)生故障；

取狀態(tài)變量為x(t)＝[x₁(t) x₂(t)]^T＝[T C_A]^T，控制輸入變量為u(t)＝T_c，可得:

其中，

C＝[1 0],w(t)為外部干擾；

步驟二：通過給出模糊規(guī)則，將上述模型局部線性化，得到具有不確定和狀態(tài)時變時滯的CSTR溫度系統(tǒng)離散狀態(tài)增廣空間模型：

建立模糊規(guī)則如下：

首先，定義前件變量矩陣A可表示成：