[发明专利]一种控制器异步切换的间歇过程最小运行时间控制方法

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，具体涉及一种控制器异步切换的间歇过程最小运行时 间控制方法。

背景技术

作为多品种、小批量、高附加值产品生产的首要选择，间歇过程在我国工业生产体 系中占有很高比例。间歇过程通过一个批次一个批次的重复生产得到大量相同产品，使得 间歇过程具有一定重复特性；在不同批次间，间歇过程的动态特性不是完全重复的，因而其 动态具有沿批次内快速演变和在批次间慢速演变的二维特性。

在每个批次内，间歇过程通过多个阶段的加工生产产品，具有多阶段特性。由于目 的不同及过程特性不同等原因，各阶段模型的维数可能是不同的。运行至不同阶段时，间歇 过程及控制器会发生切换，而当控制器的切换未能及时跟踪过程的切换时，间歇过程中某 些被控变量会发生很大的逃逸，甚至会导致间歇过程运行不稳定。另一方面，在实际的间歇 过程中，各阶段的运行时间大多是通过实际经验或估计得到，这在一定程度上延长了间歇 过程所需要的运行时间，给间歇过程的高效运行带来了本质困难。在已有理论研究中，未出 现针对控制器切换滞后于过程切换的研究及在此情况下关于各阶段运行时间的研究，仅有 一些关于相邻阶段切换条件及切换时间的研究。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种控制器异步切换的间歇过程最小 运行时间控制方法，解决了现有技术中间歇过程运行时间长，高效运行存在困难的问题。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1：根据间歇过程各阶段的离散状态空间模型，建立间歇过程的混杂状态空间 模型；

间歇过程的混杂状态空间模型由式(2)表示：

式中，k表示间歇过程所处批次，t表示间歇过程在批次内所处的运行时刻；T_k表示 第k批次生产的运行时间；x(t,k)，u(t,k)，y(t,k)，ω(t,k)分别代表k批次t时刻的系统状 态、系统输入、系统输出，外部扰动；σ(t,k)∈{1,2,…，p}代表间歇过程的切换信号，表示间 歇过程在批次k的时刻t发生切换，具体的取值表示所处阶段，p表示间歇过程在一个批次内 总的阶段数；A_σ(t,k)、B_σ(t,k)、C_σ(t,k)分别为相应于所处阶段状态空间模型的系统状态矩阵、控 制矩阵、输出矩阵，均为已知适维矩阵；w_σ(t,k)(t,k)为未知外部扰动；Ω(·,·)表示相邻两 阶段的状态转移函数；

多阶段间歇过程可以看做一个切换系统，每一个阶段对应一个子系统，当间歇过 程运行至不同阶段，相应的子系统被激活，可将式(2)改写为式(3)：

其中，i表示间歇过程所处阶段，xⁱ(t,k)，uⁱ(t,k)，yⁱ(t,k)为阶段i所对应子系统 的系统状态、控制输入、系统输出；Aⁱ,Bⁱ,Cⁱ分别表示阶段i所对应子系统状态空间模型中的 系统矩阵、控制矩阵及输出矩阵；

步骤2：基于间歇过程的重复特性和二维特性，设计二维迭代学习控制器，并针对 由式(2)表示的间歇过程的混杂状态空间模型构建间歇过程的二维增广模型，进而得到间 歇过程的二维闭环混杂状态空间模型；

步骤3：针对间歇过程的二维闭环混杂状态空间模型，利用平均驻留时间方法，求 出使系统具有最优控制性能的控制器增益及稳定阶段的最小驻留时间和不稳定阶段的最 大驻留时间，进而采取提前切换策略。