[发明专利]基于2D模型多阶段间歇过程受限预测混杂容错控制方法

说明书

本发明提供一种基于2D模型多阶段间歇过程受限预测混杂容错控制方法，包括以下步骤：步骤1、针对间歇过程中不同阶段，建立被控对象以状态空间模型为基础的具有故障的二维预测控制系统模型；步骤2、针对上述新的2D预测故障系统模型，设计预测线性二次容错控制器；步骤3、针对步骤1.2的新型二维系统预测模型，找出系统鲁棒指数稳定的充分条件和设计切换律；本发明的优点是不用求出其他参数的设定，直接得出数值，不仅能保证系统的最优控制性能，而且能缩短系统运行时间，高效生产。

技术领域

本发明属于工业过程的先进控制领域，涉及一种基于2D模型多阶段间歇过程受限预测混杂容错控制方法。

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操作更为复杂，再加上工业设备的长期反复工作，发生故障的可能性越来越大。控制系统的主要故障有执行器故障、传感器故障、系统内部故障，而对系统控制影响最大的是执行器故障。执行器一旦发生故障，系统将不受控制，严重时甚至造成设备损坏、财产损失和人员的安全问题。

为解决上述问题，间歇过程的容错控制技术得以应用，但现有技术里的大部分是一维的，一维方法只是考虑时间与生产过程的影响，由于实际工况存在执行器故障、漂移及系统外部干扰等因素，控制系统在运行一段时间后控制性能会下降。目前，针对间歇过程的重复性和2D特性，反馈结合迭代学习容错控制方法得以重视，但在执行器故障变得严重时，现行的鲁棒迭代学习可靠控制方法无法解决系统状态偏离的问题，即至始至终采用同一控制律，随着时间的推移，系统的偏离就会愈发增大。这会对系统的持续稳定运行和控制性能产生不良的影响，甚至危及到产品的质量。

为了解决上述存在问题，模型预测控制方法得以广泛应用。现行对间歇过程的研究，其预测控制方法大部分都是一维的，即只考虑时间方向或批次方向，只考虑时间方向使得每一批次只是单纯的重复，控制性能无法随着批次的递增而得到完善；只考虑批次方向不能、实现初值不确定等间歇过程的控制问题。

此外，间歇过程具有多阶段特性，如果当前阶段发生故障，必然会影响下一个阶段的运行时间，也会导致系统性能的降低从而降低系统所获得的效益。多阶段的间歇过程，尽管有一定的研究成果，但是整个过程中控制器的增益是不可调节。而在实际工业控制中，存在漂移、过程非线性及系统外部干扰等因素，控制系统在运行一段时间后其控制性能可能下降，运行时间可能会延长。如果不及时设计切换信号及修复控制器以改善控制品质，将降低控制系统所获得的经济效益。针对上述的问题：执行器出现故障、间歇过程多阶段性，设计新的容错预测控制方法，保证间歇过程在故障影响下依然能够平稳运行势在必行。

发明内容

针对间歇过程出现的上述情况：执行器出现故障、间歇过程多阶段性，本发明设计一种基于2D模型多阶段间歇过程预测线性二次混杂容错控制方法，使得系统在其执行器故障的情况下，依然稳定运行，并实现更好的控制性能。并根据正常和执行器故障下分别设计出相应简单实时灵活调节的控制器，以提高其控制品质，解决已存在方法中整个过程中控制器增益不可调节的弊端，实现节能减耗的目标。