[发明专利]针对存在执行器故障的间歇过程随机2D控制器设计方法

说明书

本发明提供一种针对存在执行器故障的间歇过程随机2D控制器设计方法，属于工业过程的先进控制领域，具体包括以下步骤：A、构建二维状态空间模型，即建立具有执行器故障的间歇过程模型；B、将构建的二维状态空间模型转化为二维随机系统模型；C、根据构建的二维状态空间模型设计出满足概率条件的控制律；D、采用线性矩阵不等式的形式对控制器增益进行求解。本发明的有益效果为：本发明可以针对系统故障概率的大小自由切换控制器，对于故障频发的系统，使用可靠控制器，保证系统稳定运行；对于精密程度较高的系统，发生故障概率较低，则根据不同情况选择相应控制器，即仅在故障发生时切换为可靠控制器即可，极大地节约了资源，降低了控制成本。

技术领域

本发明属于工业过程的先进控制领域，尤其涉及一种针对存在执行器故障 的间歇过程随机2D控制器设计方法。

背景技术

随着工业产品社会需求量的与日俱增，自动控制系统的规模逐渐扩大、复 杂性日益增加，以间歇生产方式为主的设备将在更加复杂的环境下运作，当生 产设备长时间处在复杂条件下进行生产操作时，故障发生的可能性也就随之增 加。众所周知，执行器是系统必需设备，也是最常发生故障的地方，实际动力 系统在开始使用时，执行器运行良好，能够完成指定的控制目标，但随着机器 的使用会出现老化等现象，这时发生故障的可能性就随之增大。故障的发生不 仅可能影响产品质量和生产效率，还可能会造成重大的财产损失和人员伤亡。

以注塑保压过程中阀门开度为例，经过一段时间的使用，当阀门出现堵塞 等故障时，往往采用可靠控制器，加大阀门开度，一定程度上保证了系统的控 制性能。但是当系统发生故障的概率极低时，仍然使用可靠控制的方法会造成 原材料的浪费，提高生产成本，从长远来看，这一问题对于日渐提倡节能减耗 的今天至关重要，但是目前并没有引起足够的重视。

目前关于间歇过程故障的成果都是基于可靠控制来解决问题的，对故障频 发的系统来说，确实有良好的保障，但对于具有高精密程度的系统，故障发生 的概率极低，使用可靠控制会导致资源浪费，为了保证系统的控制性能并节约 成本，提出一种更加高效节能的控制方法是很有必要的。

发明内容

本发明针对上述问题设计一种新型控制律，可以根据故障发生概率大小灵 活切换控制器类型，故障概率较大时，直接选择可靠控制器，故障概率较小时 则根据相应情况选择不同控制器，正常情况下利用正常的控制律，故障时利用 可靠控制律。利用此方法解决了可靠控制以不变应万变的情况，避免资源浪费， 节约生产成本。这种方法解决了现有技术中可靠控制不能实现的系统处于不同 的故障概率下不稳定的问题，以及浪费成本和资源等问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

针对存在执行器故障的间歇过程随机2D控制器设计方法，包括以下步骤：

A、构建二维状态空间模型，即建立具有执行器故障的间歇过程模型：

其中，A(t,k)＝A+ΔA(t,k)，ΔA(t,k)表示内部扰动，并且分别满足ΔA(t,k)＝DF(t,k)E， F(t,k)F^T(t,k)≤I，{D,E}为适维常数阵，I为适维单位阵； x(t,k)∈Rⁿ,u(t,k)∈R^m,y(t,k)∈R^l分别表示系统状态，系统控制输入及系统输出；t,k 分别表示运行时刻与批次；T_p表示一个批次运行的总时间，w(t,k)表示外部干扰； 是变化在一个已知的范围内参数，满足：

在执行器发生故障时，即时，系统实际输入u^F(t,k)将不等于u(t,k)，即 u^F(t,k)≠u(t,k)，本发明将系统实际输入表示为