[发明专利]一种自适应的工业过程最优控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程最优控制领域，尤其是一种自适应的工业过程最优控制系统。

背景技术

任何一个工业过程，从严格意义上说，均是一个动态的过程，即描述过程的状态变量(如流量、温度、压力、液位等)随时间的演进、空间的转移而发生改变。动态过程由微分方程或差分方程描述，称为动态模型。最优控制就是对动态模型中的操作变量实施控制，使得过程的性能指标达到最优。

目前的一些最优控制问题求解方法，虽然能够找到工业过程最优控制问题的解，但是往往出现收敛缓慢和不稳定问题，还可能陷入局部最优，很难既保证所得解的全局最优性，又使得最优控制问题的求解稳定、快速。

发明内容

为了克服已有的工业过程最优控制系统和方法很难既准确又快速地找到最优解、适用性差的不足，本发明提供了一种能够准确找到全局最优解且求解高效、适用性广的自适应的工业过程最优控制系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种自适应的工业过程最优控制系统，包括与工业过程对象连接的现场智能仪表、DCS系统和上位机，所述工业过程对象、智能检测仪表、DCS系统和上位机依次相连，所述的上位机包括：

初始化模块，用于初始参数的设置，优化变量z(t)的离散化和初始赋值，具体步骤如下：

(3.1)将时间域[t₀，t_f]平均分成n小段：[t₀，t₁]，[t₁，t₂]，…，[t_n-1，t_n]，

其中t_n＝t_f；每个时间段的长度为h＝(t_f-t₀)/n，其中t₀表示起始时刻，t_f表示终止时刻；

(3.2)对优化变量z(t)在(3.1)所述时间分段上进行离散化，将z(t)替换为由n个分段常值组成的变量z，并选取任意常数作为决策变量的初始值z⁰；

(3.3)设置判断迭代优化是否终止的收敛精度值ζ，当优化目标值迭代误差小于ζ时，停止迭代；取迭代次数k初值为0；

(3.4)设置迭代搜索的初始步长α0；

约束转换模块，用于通过中间变量处理优化过程中的控制变量边界约束，采用以下转换方程：

u(t)＝0.5(u_max-u_min)×{cos[z(t)]+1}+u_min          (1)

将带有边界约束u_min≤u(t)u_max的控制变量u(t)替换为不受边界约束的中间变量z(t)的三角函数表达式，其中下标min、max分别表示最小值和最大值，u_min、u_max分别对应控制变量的下界和上界，并将z(t)作为优化变量进行求解；

自适应求解模块，用于求解工业过程最优控制问题的常微分方程组，为迭代寻优模块的梯度计算提供状态变量和协态变量信息，也为收敛判断模块的收敛条件判断提供目标函数信息，采取以下步骤来完成：

(4.1)求解状态方程组：

dx(t)dt=f[x(t),z(t),t],]]>x_i(t₀)＝x_i0(i＝1，2，...，m)            (2)