[發明專利]針對時變軌跡注塑成型異步切換過程的魯棒預測控制方法

有效

• 申請號: 202011089942.3
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112213946B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 施惠元;李輝;蘇成利;王詩棋;李平;劉昕卓;譚平
• 申請（專利權）人: 遼寧石油化工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 杜蕊

針對時變軌跡注塑成型異步切換過程的魯棒預測控制方法，屬于工業過程控制領域，包括以下步驟：步驟一：建立具有時變軌跡注塑成型過程異步切換系統的狀態空間模型；步驟二：將構建的時變軌跡異步切換系統狀態空間模型轉化為擴展時變軌跡異步切換系統狀態空間模型；步驟三：設計基于上述具有不確定性和時變設定值的異步切換注塑成型過程的魯棒模型預測控制律；步驟四：構建異步切換注塑成型過程的李雅普諾夫函數；步驟五：通過給出線性矩陣不等式條件，求解出系統的控制器增益等。本發明可避免系統狀態和控制器出現不同步的狀態，使注塑成型異步切換過程穩定、精準、快速的運行，提高生產效率和產品的質量，有效的較少了原料損耗，提升經濟效益。

技術領域

本發明屬于工業過程的控制領域，涉及一種針對時變軌跡注塑成型異步切換過程的魯棒預測控制方法。

背景技術

隨著工業的快速發展和產品種類的增多，消費需求日趨個性化。為了適應快速變化的市場需求，在越來越多的工業生產中采用批次過程。批次過程在食品、制藥、化工和塑料加工等行業有著廣泛的應用。注塑成型是一種典型的多階段間歇過程，由于其復雜性和對控制精度的要求逐漸提升，導致傳統的控制方法產生了局限性。而且當切換系統在不同階段間相互切換時，存在控制器不能及時切換的情況，此時上一階段的控制器不能很好的控制下一階段。除此之外，在實際工業生產過程中跟蹤軌跡通常不是一個定值，時變的跟蹤軌跡會導致系統跟蹤性能變差。在以往的研究中，針對時變軌跡的注塑成型異步切換過程的控制方法為迭代學習法，當系統中出現非重復性干擾或者批次信息不一致時，迭代學習這種利用上一批次的信息處理下一批次過程的方法會使系統的性能下降，這不僅會增加一些不必要的能源消耗，還會降低產品質量，甚至導致系統失控。因此，針對具有不確定性、外界未知干擾和時變軌跡的注塑成型異步切換過程研究一種兼具穩定性、快速性和魯棒性的控制方法是非常有必要的。

目前針對具有時變軌跡的注塑成型異步切換過程主流的控制方法為迭代學習法，在理想條件下，這種控制方法可以有效的對多階段批次過程進行控制，但在實際生產中由于多種因素的影響，迭代學習的控制效果會大大降低。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提出一種針對時變軌跡注塑成型異步切換過程的魯棒預測控制方法，該方法在系統受到不確定性、外界未知干擾、時變軌跡的影響和控制器沒有切換過來時仍然可以穩定工作，從而保證設備安全、平穩的運行。

本發明為了使控制系統具有魯棒性能指標的同時，還保留了預測控制中滾動優化求控制律的優點。在設計初期應用魯棒預測思想，在設計時充分考慮系統的不確定性、外界未知干擾和時變軌跡等因素對系統的影響，將具有不確定性、未知干擾和時變軌跡的注塑成型異步切換過程表示為狀態空間的形式，然后將輸出跟蹤誤差引入到狀態空間中，建立新的擴展的狀態空間模型。同時為了克服未知擾動和跟蹤軌跡時變的問題，分別引入了關于未知擾動的H-infinity性能指標和關于時變軌跡的H-infinity性能指標。

最后給出基于LMI約束的系統穩定條件，從而求解出可以同時使系統穩定的控制律。并利用模態依賴的平均駐留時間法，計算每個同步階段的最小運行時間和異步階段的最長運行時間，從而實現控制器的提前切換。

本發明是通過以下技術方案實現的：

步驟一：建立具有時變軌跡的注塑成型過程異步切換系統的狀態空間模型：具有不確定性的注塑成型過程輸入輸出模型如下：

在注塑階段將與閥門開度(VO)相對應的噴射速度(IV)模型為：

噴射速度(IV)對應的噴嘴壓力(NP)的模型為：

在保壓階段，閥門開度(VO)和噴嘴壓力(NP)的模型為：