[發(fā)明專利]一種基于迭代學(xué)習(xí)控制的雙層結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能提升策略

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111180423.2
• 申請(qǐng)日: 2021-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN113848839B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝磊;石堯;張志銘;陳啟明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

本發(fā)明公開了一種基于迭代學(xué)習(xí)控制的雙層結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能提升策略，包括：(1)選擇工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控系統(tǒng)的初始工作點(diǎn)；選擇下層MPC控制層的初始參數(shù)；(2)選擇上層SSTO層的經(jīng)濟(jì)性能函數(shù)和機(jī)會(huì)約束置信度；(3)周期開始，使用下層MPC控制層向上層SSTO給出的目標(biāo)工作點(diǎn)逼近；周期結(jié)束后，計(jì)算本周期內(nèi)輸入輸出均值與方差；(4)SSTO層給出新的被控系統(tǒng)工作點(diǎn)，計(jì)算工作點(diǎn)改變量并傳遞給基于迭代學(xué)習(xí)控制的權(quán)重系數(shù)調(diào)整算法；(5)基于迭代學(xué)習(xí)控制的權(quán)重系數(shù)調(diào)整算法給出下一周期的權(quán)重系數(shù)，傳遞給下層MPC控制層并返回步驟(3)；(6)重復(fù)步驟(3)至步驟(5)直到獲得最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性能。具有可行、易于實(shí)施等特點(diǎn)，能夠提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于過(guò)程控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于迭代學(xué)習(xí)控制的雙層結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能提升策略。

背景技術(shù)

作為先進(jìn)控制策略的代表性技術(shù)，模型預(yù)測(cè)控制(MPC)可以方便地處理過(guò)程變量約束問(wèn)題以及協(xié)調(diào)優(yōu)化多變量控制系統(tǒng)，從而在工業(yè)過(guò)程中得到了廣泛地應(yīng)用。然而，MPC的推廣和投運(yùn)仍存在一些急待解決的問(wèn)題。一方面，MPC在投入使用前需要給出較為全面和準(zhǔn)確的投資收益分析，另一方面，MPC控制器性能會(huì)隨著原料供應(yīng)、生產(chǎn)目標(biāo)、操作條件、生產(chǎn)環(huán)境等因素的變化而逐漸隨時(shí)間下降，無(wú)法達(dá)到預(yù)期最大效益。為了應(yīng)對(duì)以上問(wèn)題，流程工業(yè)需要一套系統(tǒng)可行的經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估方案對(duì)MPC控制器可能出現(xiàn)的性能下降或故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和診斷，以保證過(guò)程控制系統(tǒng)運(yùn)行狀況達(dá)到給定的性能指標(biāo)。近年來(lái)對(duì)于經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估的研究主要圍繞減小過(guò)程波動(dòng)，優(yōu)化操作點(diǎn)來(lái)展開。由此可見，控制器性能的優(yōu)劣是影響經(jīng)濟(jì)性能的關(guān)鍵因素。所以，MPC經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估的核心是對(duì)其控制器性能進(jìn)行評(píng)估。

當(dāng)前對(duì)于控制器性能的評(píng)估中最常用的是(linear?quadratic?Gaussian)LQG方法。LQG方法將控制器作用引入到二次型性能指標(biāo)中，可以方便地對(duì)操作變量設(shè)置約束，因此得到一個(gè)相對(duì)更為客觀可行的結(jié)果。盡管LQG在多方面取得了成果，在將LQG方法應(yīng)用到多輸入多輸出系統(tǒng)中存在著一些問(wèn)題，例如針對(duì)大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)MPC經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估時(shí)，LQG的pareto曲面維度不斷增長(zhǎng)，計(jì)算量逐級(jí)升高；LQG方法不能給出如何調(diào)節(jié)控制器來(lái)提升經(jīng)濟(jì)性能，同時(shí)其給出的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性能在實(shí)際生產(chǎn)中也不一定能夠達(dá)到。

針對(duì)上述LQG控制技術(shù)存在的問(wèn)題和不足，找到一種能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能評(píng)估與提升的方法，將具有非常高的實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于迭代學(xué)習(xí)控制的雙層結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能提升策略，具有可行、易于實(shí)施等特點(diǎn)，能夠提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

一種基于迭代學(xué)習(xí)控制的雙層結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性能提升策略，包括以下步驟：

(1)選擇工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控系統(tǒng)的初始工作點(diǎn)；選擇下層MPC控制層的預(yù)測(cè)時(shí)域、控制時(shí)域、初始輸入權(quán)重系數(shù)、初始輸出權(quán)重系數(shù)以及下層MPC控制層在單個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行步驟、輸入約束和輸出約束；

(2)選擇上層SSTO層的經(jīng)濟(jì)性能函數(shù)和機(jī)會(huì)約束置信度；

(3)周期開始，使用下層MPC控制層向上層SSTO給出的目標(biāo)工作點(diǎn)逼近；周期結(jié)束后，計(jì)算本周期內(nèi)輸入輸出均值與方差；

(4)SSTO層給出新的被控系統(tǒng)工作點(diǎn)，計(jì)算工作點(diǎn)改變量并傳遞給基于迭代學(xué)習(xí)控制的權(quán)重系數(shù)調(diào)整算法；

(5)基于迭代學(xué)習(xí)控制的權(quán)重系數(shù)調(diào)整算法給出下一周期的權(quán)重系數(shù)，傳遞給下層MPC控制層并返回步驟(3)；

(6)重復(fù)步驟(3)至步驟(5)直到獲得最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性能。

本發(fā)明將整個(gè)運(yùn)行時(shí)間分為多個(gè)周期，在每個(gè)周期內(nèi)依次通過(guò)改變穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)與調(diào)節(jié)權(quán)重系數(shù)，使得每個(gè)周期內(nèi)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能得到兩次提升，從而在經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)周期后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能最大值。避免了LQG方法只能對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行評(píng)估且計(jì)算量巨大的缺點(diǎn)，為當(dāng)前應(yīng)用廣泛的工業(yè)控制MPC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能提升提供了解決方案。