[发明专利]一种聚丙烯装置牌号切换控制方法

权利要求书

1.一种聚丙烯装置牌号切换控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：

1)、建立聚丙烯牌号切换过程离散时间状态空间模型，参见式(1a)和式(1b)：

其中，式(1a)中，x＝[x₁，x₂，x₃，x₄]′＝[ln(MI_c，1)，ln(MI_c，2)，Et_c，1，Et_c，2]′、u＝[u₁，u₂]＝[T₁，C_1hm，C_1mm；T₂，C_2hm，C_2mm]′和y＝[y₁，y₂]′＝[ln(MI_c，2)，Et_c，2]′分别为切换到均聚物或无规共聚物牌号时的状态变量、输入变量和输出变量；式(1b)中，x＝[x₁，x₂，x₃，x₄]′＝[ln(MI_c，1)，ln(MI_c，2)，ln(MI_c，3)，Et_c，3]′、u＝[u₁，u₂，u₃]＝[T₁，C_1hm，C_1mm；T₂，C_2hm，C_2mm；T₃，C_3hm，C_3mm]′和y＝[y₁，y₂]′＝[ln(MI_c，3)，Et_c，3]′分别为切换到共聚物牌号时的 状态变量、输入变量和输出变量；T_s为系统离散时间；MI_c，k和MI_i，k、Et_c，k和Et_i，k分别是第k个反应器的累积熔融指数和瞬时熔融指数、累积乙烯含量和瞬时乙烯含量，其中，k＝1，2，3；T_k、C_khm、C_kmm、τ_k分别为第k个反应器的反应温度、氢气丙烯浓度比、乙烯丙烯浓度比、反应停留时间；θ_k为状态空间模型辨识参数；

将模型(1a)和(1b)统一描述为式(2)：

2)、计算式(2)的稳态值，参见式(3)：

其中x_s、v _s和u_s分别表示系统状态、中间变量和输入变量的稳态值；

3)、根据式(3)标定系统的状态、中间变量和输入变量，参见式(4a)：

S_x＝diag{s_x⁽ⁱ⁾，i＝1，2，3，4}；S_v＝diag{s_v⁽ⁱ⁾，i＝1，2，3，4}；

S_u1＝diag{s_u1⁽ⁱ⁾，i＝1，2，3}；S_u2＝diag{s_u2⁽ⁱ⁾，i＝1，2，3}；    (4a)

S_u3＝diag{s_u3⁽ⁱ⁾，i＝1，2，3}

其中标定系数为(4b)：

其中，“·_s，o⁽ⁱ⁾”表示当前生产牌号对应的第i个状态、中间变量或输入分量的稳态值；“·_s，m⁽ⁱ⁾”表示目标牌号对应的稳态值；

4)、根据系统一次性能指标，参见式(5)：

建立式(2)中线性子系统最优控制器，参见式(6)： 

v(t)＝-(RS_v+B′PB)^-1B′PA(x(t)-x_s)+v_s    (6)

其中矩阵P是矩阵方程，参见式(7)：

A′PA-P+A′PB(RS_v+B′PB)^-1B′PA+QS_x＝0    (7)

的对称正定解矩阵，其中Q≥0和R＞0分别为状态和中间变量的加权矩阵；

5)、根据系统状态观测器的期望极点，运用极点配置法设计状态观测器，参见式(8)：

其中L为观测器增益矩阵；

6)、根据系统二次性能指标，参照式(9)：

建立基于状态观测器的模型预测控制器，参见式(10)：

s.t.x(i+1)＝Ax(i)+Bg(u(i)，i)，

v(i)＝-(RS_v+B′PB)^-1B′PA(x(i)-x_s)+v_s    (10)

x(i)∈Γ_x，v(i)∈Γ_v，u(i)∈Γ_u

其中，集合Γ_x、Γ_v和Γ_u表示切换过程的状态、中间变量和输入的约束条件； 表示当前t时刻的状态观测值；W_j＞0(j＝1，2，3)为输入变量的加权矩阵；

在线计算有限步长动态优化控制问题，即式(10)，并根据滚动优化原理，得到基于状态观测器的模型预测控制量，参照式(11)：

控制器在每个采样时刻通过状态观测器观测系统状态，并以该观测状态更新优化控制问题的初始条件，然后滚动优化计算当前时刻的预测控制量，周而复始，直到牌号切换过程过渡到目标牌号并稳定生产为止。