[发明专利]一种化工批次过程鲁棒复合迭代学习控制方法

权利要求书

1.一种化工批次过程鲁棒复合迭代学习控制方法，其特征在于该方法具体是：

步骤1、设计系统批次过程的状态切换模型，具体步骤是：

1.1建立批次过程的系统状态模型：

其中，t是系统的离散时间，k是系统的批次索引；d(t)是时间延迟函数；C_ρ(t,k)分别表示ρ(t,k)阶段下对应过程的系统矩阵，ρ(t,k)表示第k批次t时刻系统所处于的过程阶段；x(t,k+1)、x(t+1,k+1)和x(t-d(t),k+1)分别表示第k+1批次t时刻、t+1时刻和t-d(t)时刻系统的过程状态；u(t,k+1)表示在k+1批次t时刻系统的过程输入；y(t,k+1)表示在第k+1批次t时刻系统的过程输出；ω_ρ(t,k)(t,k+1)表示第k+1批次第ρ(t,k)阶段t时刻系统状态的外部干扰；x(0,k+1)表示第k+1批次系统的初始状态，其初始值设置为x_0,k+1；

1.2多阶段批次过程第i阶段的系统状态模型表示为：

其中，i＝1,2,…,q是自然数；xⁱ(t,k+1)、xⁱ(t+1,k+1)和xⁱ(t-d(t),k+1)分别表示第k+1批次第i阶段t时刻、t+1时刻和t-d(t)时刻系统的过程状态；Cⁱ表示第i阶段下对应过程的系统矩阵；uⁱ(t,k+1)表示第k+1批次第i阶段t时刻系统的过程输入；yⁱ(t,k+1)表示第k+1批次第i阶段t时刻系统的过程输出；ωⁱ(t,k+1)表示第k+1批次第i阶段t时刻系统状态的外部干扰；

1.3建立两个相邻阶段之间的状态切换模型：

其中，为第k+1批次第i阶段的切换时间；J_i是第i阶段的状态转移矩阵；分别表示第k+1批次第i阶段和第i+1阶段在时刻系统的过程状态；

1.4设定切换时间：

其中，min表示取最小值；G_i(x(t,k+1))<0表示系统状态过程的切换条件函数；为系统第k+1批次第i-1阶段的切换时间；为系统第k+1批次初始阶段的切换时间；

1.5建立系统整个运行阶段的切换序列模型：

其中，q为批次过程的最后阶段；是连接第k₀批次第1阶段结束和第k₀批次第2阶段开始的点，是连接第k₀批次第q阶段结束和第k₁批次第1阶段开始的点；(T₁¹,k₁),ρ(T₁¹,k₁)是连接第k₁批次第1阶段结束和第k₁批次第2阶段开始的点，(T₁^q,k₂),ρ(T₁^q,k₂)是连接第k₁批次第q阶段结束和第k₂批次第1阶段开始的点；是连接第k_k-1批次第q阶段结束和第k_k批次第1阶段开始的点，是连接第k_k批次第q阶段结束和第k_k+1批次第1阶段开始的点；

步骤2、设计批次过程的鲁棒复合迭代学习控制器，具体步骤是：

2.1设计迭代学习控制量：

其中，uⁱ(t,k)、uⁱ(t,k+1)分别表示第k和k+1批次第i阶段t时刻的控制量输入，uⁱ(t,0)表示初始控制量输入；rⁱ(t,k+1)表示第k+1批次第i阶段t时刻的更新律；

2.2定义状态误差与输出误差如下：

其中，表示第k+1批次第i阶段t时刻系统过程的状态误差，eⁱ(t,k+1)表示第k+1批次第i阶段t时刻系统过程的输出误差；表示第i阶段延迟后的过程输出；

2.3根据步骤1.1、步骤2.1和步骤2.2得到系统第i个阶段的状态切换模型：

其中，和分别表示第k+1批次第i阶段t+1时刻和t-d(t)时刻系统的状态误差；eⁱ(t+1,k+1)和eⁱ(t+1,k)分别表示第k+1批次和第k批次第i阶段t+1时刻系统的输出误差；表示第k+1批次第i阶段t时刻系统状态切换的外部干扰；

2.4根据步骤2.3对系统的干扰分析如下；

当系统为重复干扰时：

当系统为非重复干扰时：

2.5设计系统批次过程第i阶段扩展状态：

其中，和分别表示第k+1批次第i阶段t和t+1时刻的扩展状态；

2.6由步骤2.3和步骤2.5得到新的状态切换模型：

其中

其中，表示第k批次第i阶段t+1时刻系统的状态误差；表示第k批次第i阶段t+1时刻系统的扩展状态；F_i(t,k)表示第k批次第i阶段t时刻的参数矩阵；Aⁱ、Bⁱ、D_i、Hⁱ表示第i阶段对应过程的系统矩阵；Eⁱ、E_i、Iⁱ表示具有不同维数的单位矩阵；

2.7根据步骤2.6得到迭代学习更新律，形式如下：

其中，分别表示第i阶段不同状态的增益系数；

2.8结合步骤2-1到步骤2-7得到化工批次过程最优控制律uⁱ(t,k+1)并作用于被控对象。