[发明专利]批次过程无穷时域优化的线性二次混杂容错控制方法

说明书

本发明提出批次过程无穷时域优化的线性二次容错控制方法，该方法首先通过采集输入输出数据建立多阶段状态空间模型，进一步将状态空间模型转换为包含状态变量和输出跟踪误差的扩展状态空间模型，并用切换系统模型表示，进而在无限时域中设计实时灵活调节的控制器。最后针对不同阶段，设计依赖于Lyapunov函数的驻留时间。本发明优点：其一在无穷时域设计实时灵活调节最优控制律，可抵制执行器故障及外界干扰给系统带来的影响，可保证系统在此影响下稳定运行且具有最优控制性能；其二切换律的设计，不需要其他参数的设定，直接得值，此方法精准求出了每一阶段的运行时间，从而缩短系统运行的时间，确保系统在稳定运行的同时，保证产品质量，提高生产效率。

技术领域

本发明属于工业过程的先进控制领域，涉及一种批次过程无穷时域优化的线性二次混杂容错控制方法。

背景技术

随着社会的高速发展，人们对高品质批次生产的要求越来越高。这种高要求导致了生产需要在更加复杂的条件下操作，系统发生故障的概率也相应的增加。在这些故障中，执行器故障是最常见的一种故障。由于存在摩擦、死区、饱和等特性，执行器在执行过程中不可避免地会出现一些故障，这导致它很难达到指定或理想的位置。如果故障没有被及时的检测并校正，生产性能必然会恶化，甚至会导致设备和人员的安全问题。

另外，批次生产过程具有多阶段特性，如果一个阶段发生故障，势必会对下一阶段诸如控制性能、运行时间等造成一定的影响，而阶段的运行时间延长及系统控制性能的降低均会降低系统所获得的效益。目前针对单一阶段，在系统发生执行器故障，设计相应的控制器以抵制故障给系统带来的影响，其研究成果已经成熟，但单一过程不涉及前一阶段发生故障对后一阶段的影响，不涉及从一个阶段切换至下一阶段需满足的切换条件，也不会涉及每个阶段应该运行时间。针对多阶段间歇过程，尽管也有一定的研究成果，但是在整个过程中大部分控制器增益不能调节，即使有成果可实时调节，但是未考虑系统发生故障的情况及每阶段的运行时间。

因此，为解决多阶段批次过程在生产过程中出现的执行器故障和干扰等问题，增加参数调节的自由度，并保证系统的容错控制性能，精准求出每一阶段的运行时间，提高控制精度从而提高生产效率及产品质量，最终达到节能减耗、降低成本、降低危害人身安全事故的发生等目标，提出一种更加有效的控制办法极为必要。

发明内容

针对批次过程具有多阶段特性，针对执行器发生故障及干扰等问题，设计基于无穷时域优化的参数可自由调节的混杂容错控制器，保证系统的容错控制性能。设计其切换条件以求出每阶段运行时间，实现其高效生产，最终达到节能减耗、降低成本、降低危害人身安全事故的发生等目标。

本发明目的一是寻求批次注塑过程不同阶段合适的切换条件、运行时间；二是针对批次生产过程中可能遇到执行器发生故障的问题，提出的批次过程无穷时域优化的线性二次容错控制方法。该方法首先通过采集输入输出数据建立多阶段状态空间模型，进一步将状态空间模型转换为包含状态变量和输出跟踪误差的扩展状态空间模型，并用切换系统模型表示，进而在无限时域中设计控制器。该方法不仅保证了系统在未知扰动和执行器故障情况下有良好的跟踪性能，同时也保证了形式简单并满足实际工业过程。最后针对不同阶段，设计依赖于Lyapunov函数的驻留时间，此方法得出的结果不需引用任何其它变量，简单易行。此设计方法不仅保证系统具有最优控制性能的同时，还可求出系统运行时间，即提高了生产效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

批次过程无穷时域优化的线性二次混杂容错控制方法，该方法的具体步骤是：

步骤1、针对批次过程中不同阶段，建立被控对象的以状态空间模型为基础的切换系统模型，具体是：

1.1首先采集批次过程的输入输出数据，利用该数据建立批次过程相应阶段的空间模型，形式如下：

0＜k≤L，是当前的时间，L是批处理操作的结束时间点；