[发明专利]一种化工多阶段批次过程迭代学习控制方法

说明书

本发明公开了一种化工多阶段批次过程迭代学习控制方法。本发明首先建立多阶段批次过程的切换系统模型，然后基于切换系统模型，进一步设计出多阶段批次过程的迭代学习控制器，获得稳定子系统的最小平均停留时间和不稳定子系统的最大平均停留时间，最后根据不稳定子系统的最大平均停留时间，将切换步骤向前推进，消除异步切换并且避免了子系统的不稳定。不同于传统的控制方法，本发明通过选择分段二次函数来分析多阶段批次过程的子系统稳定性。

技术领域

本发明属于自动化工业过程控制领域，涉及到一种化工多阶段批次过程迭代学习控制。

背景技术

在现代工业控制过程中，批次过程应用非常普遍，迭代学习控制也已经广泛应用于批次过程中，但是单一的迭代学习控制不能保证系统的稳定性和良好的控制精度。为保证批次过程生产的产品质量，增强批次过程中的控制精度和稳定性，避免系统的异步切换，设计一种好的控制方法，是亟待解决的问题。传统的方法，仅适用于单阶段的批次过程，不适用于多阶段批次过程。鉴于这个问题，提出了一种多阶段批次过程迭代学习控制方法，通过这种方法，可以消除异步切换的问题，并且避免了系统的不稳定，保证了批次过程的高精度控制。

发明内容

本发明的目的是消除控制器和多阶段批次过程中活动子系统之间的异步切换，并且避免子系统的不稳定。

本发明首先建立多阶段批次过程的切换系统模型，然后基于切换系统模型，进一步设计出多阶段批次过程的迭代学习控制器，获得稳定子系统的最小平均停留时间和不稳定子系统的最大平均停留时间，最后根据不稳定子系统的最大平均停留时间，将切换步骤向前推进，消除异步切换并且避免了子系统的不稳定。

本发明的方法步骤包括：

步骤1、建立多阶段批次过程的系统模型，具体步骤是：

1-1.建立批次过程系统状态模型，形式如下：

其中，t和k分别是运行时刻和运行批次，x(t,k)、x(t+1,k)分别是t时刻、t+1时刻第k批次的系统状态，u(t,k)是t时刻第k批次的系统输入，y(t,k)是t时刻第k批次的系统输出，σ(t,k)是t时刻第k批次的切换信号，w_σ(t,k)(t,k)是t时刻第k批次的外部干扰，A_σ(t,k)、B_σ(t,k)、C_σ(t,k)是适当维度的系统矩阵。

1-2.在i阶段批次过程的系统状态模型可以表示为：

其中，xⁱ(t,k)、xⁱ(t+1,k)分别是t时刻、t+1时刻第k批次i阶段的系统状态，uⁱ(t,k)是t时刻第k批次i阶段的系统输入，yⁱ(t,k)是t时刻第k批次i阶段的系统输出，Aⁱ、Bⁱ、Cⁱ是i阶段适当维度的系统矩阵。

1-3.建立多阶段批次过程系统状态切换模型，根据系统维度分为两种情况，形式如下：

(1)系统维度相同：

其中，是第k批次i阶段的切换时间，分别是时刻第k批次i阶段、i+1阶段的系统状态。

(2)系统维度不同：

其中，J_i是i阶段的系统状态转移矩阵。

1-4.设定切换时间，形式如下：