[發(fā)明專利]一種用于連續(xù)攪拌反應釜的閉環(huán)動態(tài)矩陣控制方法

有效

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• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113093522B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝磊;石堯;張志銘
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

本發(fā)明公開了一種用于連續(xù)攪拌反應釜的閉環(huán)動態(tài)矩陣控制方法，包括以下步驟：(1)對連續(xù)攪拌反應釜的反應過程進行階躍測試，獲取其過程對象的模型；(2)計算前饋響應模型，構(gòu)建廣義過程對象；(3)采集過程控制的輸入和輸出，構(gòu)建優(yōu)化問題，計算廣義過程對象的輸入；(4)將廣義過程對象的輸入轉(zhuǎn)換為過程對象的輸入；(5)重復步驟(3)和步驟(4)，實現(xiàn)對連續(xù)攪拌反應釜的過程控制。利用本發(fā)明，可以實現(xiàn)對過程對象的控制，本發(fā)明中使用的方法具有很好的魯棒性和穩(wěn)定性，改善連續(xù)攪拌反應釜控制的動態(tài)特性，提高經(jīng)濟效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)過程控制系統(tǒng)中的控制算法領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于連續(xù)攪拌反應釜的閉環(huán)動態(tài)矩陣控制方法。

背景技術(shù)

模型預測控制技術(shù)是20世紀70年代產(chǎn)生的一類基于模型的計算機控制方法，且其經(jīng)過40多年的發(fā)展，已經(jīng)成為了繼PID之后最成功應用于過程工業(yè)的現(xiàn)代先進控制技術(shù)。模型預測控制技術(shù)具有處理多變量間耦合及對輸出和中間變量的約束等方面問題的能力，為多變量、有約束的復雜工業(yè)過程提供了有效的解決方案。

作為模型預測控制技術(shù)的代表之一，動態(tài)矩陣控制算法由美國殼牌工程師Cutler于1980年在Automatic Control Conference會議上率先提出并公布了算法細節(jié)。動態(tài)矩陣控制算法因其使用一類在實際工程現(xiàn)場容易獲取的非參數(shù)化模型即有限階躍響應模型，而在工業(yè)界得到了廣泛的使用。連續(xù)攪拌反應釜在處理濃度、溫度控制時，由于系統(tǒng)存在滯后、非線性、反向響應等特點，對模型預測控制算法的依賴十分突出。然而，常規(guī)的動態(tài)矩陣控制算法在處理動態(tài)和參數(shù)調(diào)節(jié)方面仍存在一定的不足。實施人員往往不能有效估計參數(shù)調(diào)整對閉環(huán)動態(tài)的影響，使得部署實施控制算法的周期加長，延緩了項目的實施進度。

針對上述問題，學術(shù)界提出了眾多動態(tài)矩陣控制算法參數(shù)調(diào)節(jié)的方法，在工業(yè)界獲得了一定的好評。盡管這些方法中動態(tài)矩陣控制算法的穩(wěn)定性得到了很好的保障，然而由于控制器參數(shù)對閉環(huán)動態(tài)結(jié)果只存在定性關(guān)系而不存在定量關(guān)系，因此即使經(jīng)過多次調(diào)試，這些方法下的閉環(huán)動態(tài)性能也往往不能達到所期望的動態(tài)特性。

針對當前動態(tài)矩陣控制算法在工程實踐中存在的問題和不足，找到一種能夠保障閉環(huán)動態(tài)結(jié)果盡可能地達到所期望的結(jié)果，同時具備簡單高效、計算量小且易于實施特點的改進動態(tài)矩陣控制算法將具有極為重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種用于連續(xù)攪拌反應釜的閉環(huán)動態(tài)矩陣控制方法，能夠?qū)B續(xù)攪拌反應釜中的濃度、溫度、壓力實現(xiàn)有效控制，可以保障改進動態(tài)矩陣控制算法下的閉環(huán)動態(tài)結(jié)果盡可能地達到所期望的結(jié)果，同時兼具簡單高效、計算量小且易于實施的特點。

一種用于連續(xù)攪拌反應釜的閉環(huán)動態(tài)矩陣控制方法，包括以下步驟：

(1)對連續(xù)攪拌反應釜的反應過程進行階躍測試，獲取其過程對象的模型；

(2)計算前饋響應模型，構(gòu)建廣義過程對象；

(3)采集過程控制的輸入和輸出，構(gòu)建優(yōu)化問題，計算廣義過程對象的輸入；

(4)將廣義過程對象的輸入轉(zhuǎn)換為過程對象的輸入；

(5)重復步驟(3)和步驟(4)，實現(xiàn)對連續(xù)攪拌反應釜的過程控制。

進一步地，步驟(1)中，使用階躍響應模型作為連續(xù)攪拌反應釜過程對象的模型。

進一步地，步驟(2)中，計算前饋響應模型的方法為：

(2-1)，確定期望閉環(huán)響應模型；

(2-2)，求解以下優(yōu)化問題：

s.t.