[发明专利]具有时滞和干扰的多阶段间歇过程的最优成本控制方法

说明书

本发明属于工业过程的先进控制领域，涉及一种具有时滞和干扰的多阶段间歇过程的最优成本控制方法。首先构建二维切换状态空间模型，将构建的二维多阶段状态空间模型转化为二维切换系统模型，再根据构建的二维状态空间模型结合最优成本控制算法设计出混杂控制器，最后采用线性矩阵不等式的形式对控制器增益进行求解。本发明针对具有区间时变时滞和干扰的多阶段间歇过程，对应不同阶段设计最优保成本控制器，不仅保证间歇过程稳定运行，同时每一阶段运行时间减小，生产成本最小化，为企业生产实现节能减排，实现经济效益最大化。

技术领域

本发明属于工业过程的先进控制领域，涉及一种具有时滞和干扰的多阶段间歇过程的最优成本控制方法。

背景技术

在工业生产中，由于实际过程非线性及系统外部扰动等因素的影响，控制系统的控制性能将会下降，从而导致生产效率降低。如果不及时改善控制品质，不但会降低良品率还会造成能源浪费。随着生产中对产品的精细化和功能的要求越来越高，间歇过程的高精控制问题得到了重视，而间歇过程自身具有滞后特性，信息错后是实际生产中普遍存在的问题，是导致系统控制器性能下降的重要原因之一，针对此类情况设计相应的控制器以保证间歇过程具有较好的控制性能成为目前的热点控制问题。对于具有时滞的单阶段间歇过程的高精控制已有大量研究成果，相应的专利也有所体现。但实际生产过程中间歇过程具有多阶段特性，不同阶段之间又相互影响，何时由一个阶段切换至另一阶段不仅影响系统稳定还影响产品最终品质。这使得对多阶段间歇过程的控制研究引起了关注，目前已出现了少量研究成果。但是大部分内容只针对无时滞情况，况且研究间歇过程的稳定只是系统生产的最基本要求。在稳定基础上研究其最优成本控制将是研究者乃至生产者最关心的问题。不幸的是，对于时滞存在情况，这方面研究还不存在。

针对具有时滞和干扰条件下的多阶段间歇过程，为使其高效运行的同时又具有最优成本控制，提出一种更加有效的最优成本控制方法极为必要。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有时滞和干扰的多阶段间歇过程的最优成本控制方法，目的是为改善多阶段间歇过程的抗干扰能力及提高系统的控制性能。

该方法首先针对间歇过程的每个阶段设计迭代学习控制律，通过定义系统输出及状态误差以及引入拓展信息，建立具有区间时变时滞的2D-FM不同维切换系统模型，考虑其性能指标函数，选取2D Lyapunov泛函并结合驻留时间法，以矩阵不等式约束形式，给出系统依赖于区间时滞的指数稳定时最优成本控制律设计方案，并通过引入凸优化算法，求解出满足性能指标上界时的控制器增益，同时求出依赖于时滞的每个阶段最小运行时间。

本发明在新设计等价模型的基础上，通过最优成本控制律的设计，确保系统在稳定运行的同时改善其跟踪性能，缩短运行时间，以期实现提高生产效率等目标。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有时滞和干扰的多阶段间歇过程的最优成本控制方法，包括以下步骤：

步骤1:构建等价二维切换系统模型

步骤1.1:构建二维切换状态空间模型

在系统运行的每个批次，根据各阶段的离散状态空间模型，建立等价的具有拓展信息的切换误差状态空间模型；

对于具有时滞及干扰的间歇过程，模型描述如下