一种化工间歇过程的智能跟踪控制方法   0    0

本发明公开了一种化工间歇过程的智能跟踪控制方法。本发明首先建立化工间歇过程的局部离散模型，进一步得到控制系统整体的模型，然后引入跟踪控制律，定义系统的误差函数，进一步得到等价过程控制系统，最后采取一种补偿控制算法设计更新律求得控制律。与传统的控制策略相比，本发明所提出的新型智能跟踪控制策略可以通过使用沿过程方向的跟踪控制的跟踪修正能力和调节反馈控制达到很好的跟踪特性，保证系统获得更好的控制性能。

1.一种化工间歇过程的智能跟踪控制方法，其特征在于该方法具体是：
步骤
1.建立化工间歇过程的模型，具体是：
1.1建立离散状态空间模型形式如下：
IF z1(t,k)is Mi1 and zj(t,k)is Mij,…,zp(t,k)is Mip
THEN
其中0≤t≤T；k＝1,2,…；z1(t,k),zj(t,k)...,zp(t,k)是一种弹性规则语言变量，表示被控对象的状态；Mi1,…,Mij,…,Mip是一种弹性语言集；i表示第i条规则，属于自变量；r表示规则数目，p表示条件语言变量数；t表示有限离散时间，k是周期指数，T是一个过程周期；x(t+1,k)是第k个周期t+1时刻的状态；Ai,Aid,Bi,Ci分别对应表示系统的状态矩阵，状态延迟矩阵，输入矩阵和输出矩阵；x(t‑d(t),k)是第k个周期系统延迟后的状态；d(t)是延迟函数，dm≤d(t)≤dM，dM和dm分别表示延迟的上下界；x0,k和x(0,k)是第k个周期初始时刻的状态；x(t,k),y(t,k),u(t,k)和ω(t,k)分别表示第k个周期t时刻化工间歇过程的状态，输出，输入和未知外部干扰；“IF”是前提条件部分，“THEN”是结果部分；
1.2由步骤1.1得控制系统整体的模型：
其中，
hi(z(t，k))表示wi(z(t，k))在wi(z(t，k))集合中的权重值；wi(z(t，k))表示zj(t，k)在弹性语言集Mij中的隶属度函数求积，j表示第j个弹性规则语言变量，Mij(zj(t，k))是zj(t，k)在一种弹性语言集Mij中的隶属度函数；yk(t)是第k周期t时刻的输出，xk(t)是第k周期t时刻的状态；
1.3由步骤1.2可知，对于任意时刻t，假设有以下不等式成立：
则有
步骤
2.设计化工间歇过程控制器，具体如下：
2.1引入跟踪控制律形式如下：
其中，r(t，k)是第k个周期t时刻待设计的更新律；u(t，0)表示化工间歇过程中控制律的初始值；u(t，k‑1)是第k‑1个周期t时刻的控制律；
2.2定义系统状态误差和系统输出跟踪误差，形式如下
δ(x(t，k))＝x(t，k)‑x(t，k‑1)
e(t+1，k)＝yr(t+1，k)‑y(t+1，k)
其中，δ(x(t,k))表示系统的状态误差，x(t,k)是第k个周期t时刻的状态，x(t,k‑1)是第k‑1个周期t时刻的状态；e(t+1,k)是第k个周期t+1时刻系统的输出跟踪误差，yr(t+1,k)是第k周期t+1时刻系统的跟踪输出轨迹，y(t+1,k)是第k周期t+1时刻系统的实际输出；
2.3结合步骤1.2到2.2得到相邻周期的状态误差形式
其中， δ(x(t+1,k))表示系统k周期t+1时刻的状态误差；
δ(x(t‑d(t),k))表示系统k周期t‑d(t)时刻的状态误差，ω(t+1,k)表示第k个周期t时刻化工间歇过程的未知外部干扰；
其中δ(hi)表示k周期t时刻hi(z(t,k))的系统误差与k‑1周期t时刻hi(z(t,k‑1))的系统误差之间的差值； 表示广义上的未知外部干扰，w(t,k)表示基础未知外部干扰，x(t‑d(t),k‑1)表示第k‑1个周期t‑d(t)时刻的状态；
这里δ(hi)＝δ(hi(z(t,k)))‑δ(hi(z(t,k‑1)))，其中δ(hi(z(t,k)))表示k周期t时刻hi(z(t,k))的系统误差，δ(hi(z(t,k‑1)))表示k‑1周期t时刻hi(z(t,k‑1))的系统误差，为了表示方便，hi(z(t,k))用hi表示；
2.4对于输出跟踪误差，进一步处理成如下形式
其中，yr(t+1)是t+1时刻的跟踪输出轨迹，e(t+1,k‑1)是第k‑1个周期t+1时刻系统的输出跟踪误差；C＝Ci,i＝1,2…,r；
2.5由步骤2.3和2.4，等价过程跟踪控制系统表示为
其中，
表示系统的状态扩展矩阵， 表示状态延迟扩展矩阵， 表示输入扩展矩阵，表示输出扩展矩阵，z(t,k)表示弹性规则语言变量，e(t+1,k‑1‑h(k‑1))表示k‑1‑h(k‑1)周期，t+1时刻的系统输出跟踪误差；
h(k‑1)满足hm≤h(k‑1)≤hM，hm和hM为其上下界，其中h(k‑1)表示h方向上的k‑1时刻；
2.6设计基于跟踪误差的更新律：
其中，Ki是待求解的控制器增益；e(t+1,k‑1)是第k‑1个周期t+1时刻的输出跟踪误差；
2.7由步骤2.6得到系统的整体更新律表示为
2.8进一步作简化处理，令
xh(t+1,k)表示第k个周期t+1时刻在h方向上的状态，xv(t,k+1)表示第k+1个周期t时刻在v方向上的状态；xh(t,k)和xv(t,k)分别是第k个周期t时刻沿方向h,v上的状态；xh(x(t‑d(t),k))表示第k个周期延迟d(t)时刻沿h方向的状态，xv(t+1,k‑1‑h(k‑1))表示第k‑1‑h(k‑1)个周期t+1时刻沿v方向的状态； 为表示第k个周期t+1时刻沿方向h上和第k+1个周期t时刻沿方向v上的状态矩阵， 为表示第k个周期t时刻沿方向h，v上的状态矩阵，为表示第k个周期延迟d(t)时刻沿h方向和第k‑1‑h(k‑1)个周期t+1时刻沿v方向的状态矩阵；
则由步骤2.5到2.7，在更新律的作用下，系统模型表示为：
其中， i,j为相应h和v方向上的自变量， 表示在更新率作用下的系统
增广状态矩阵，i,j≤r；
2.9在重复性和非重复性的扰动下，存在对称正定矩阵L和具有一定维数的矩阵Yi,Yj，满足闭环系统稳定条件，使得控制器的增益具有以下形式
‑1 ‑1
Ki＝YiL ，Kj＝YjL
其中Ki和Kj都表示控制器的增益；
2.10由步骤2.2到2.9得系统的更新律，进一步由步骤2.1得到化工间歇过程的控制律作用于被控对象。