[发明专利]一种流程装置变负荷操作培训的多变量动态系统建模方法

权利要求书

1.一种流程装置变负荷操作培训的多变量动态系统建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用VDCS作为OTS操作培训环境：通过对1:1的下载和编译物理DCS的组态文件，将实际DCS的组态逻辑、分散处理单元、流程画面组态再现并作为OTS的操作环境；

(2)辨识流程装置典型稳态工作点的局部模型G(q)：确定几个典型的稳态工作点，对不同的稳态工作点工况进行激励测试，搜集典型工况的测试数据，使用渐近法辨识稳态工作点上的局部线性模型G(q)；

(3)辨识流程装置过渡过程中的加权函数α(w)：将加权函数α(w)参数化为三次样条函数，结合变负荷操作过渡过程的工况数据，使用输出误差法估计三次样条加权函数的参数；

(4)使用全局变工况数据，对G(q)和α(w)进行迭代优化，，获得最优的和

(5)获得流程装置变负荷过程的LPV模型：使用对优化后的多个稳态工作点上的进行线性加权；

(6)建立背景模型和安全模型：使用一阶和二阶的传递函数模型建模方法建立背景模型，其中背景模型的输入变量为步骤五中得到LPV模型的输出变量，使用VDCS组态文件中的安全联锁逻辑条件作为OTS的安全模型；

(7)对LPV模型和背景模型进行实时更新，并适时更新安全模型：结合实时流程生产运行数据，使用带遗忘因子的最小二乘递归辨识算法对LPV模型和背景模型进行实时更新；此外，更新物理DCS系统后，重新下载编译物理DCS的组态文件以更新安全模型；

(8)建立LPV模型、背景模型、安全模型与VDCS的通讯：将更新后的LPV模型、背景模型和安全模型作为OTS的后台模型，使用OPC协议建立与VDCS流程操作界面的双向通讯，OTS后台模型通过OPC读取到操作员的输入值后进行模型计算，计算的结果再次通过OPC传输到操作界面上，反馈给操作员。

2.根据权利要求1所述流程装置变负荷操作培训的多变量动态系统建模方法，其特征在于，所述步骤(2)中，渐近法分两步进行：第一步：使用预报误差法获得一个高阶的传递函数模型；第二步：使用输出误差法对高阶模型进行降阶得到具有合适精度的低阶模型。

3.根据权利要求1所述流程装置变负荷操作培训的多变量动态系统建模方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：使用三次样条形式的加权函数，表达如下：

其中，w表示装置当前的负荷，m表示稳态工作点的总数，j表示第j个稳态工作点，是待估计的参数，ns为α_j(w)的阶次；k_h为工作点变量w的相关节点，满足如下关系：

w_min≤k₁＜k₂＜…＜k_ns≤w_max (2)

其中，w_min和w_max分别装置正常生产的最小和最大工作负荷；

记待估计参数为θ_cs，表达如下：

θ_cs可以通过最小化如下输出误差得到：

其中，N为全部工况数据集输入输出的数据个数，为输出误差，表达如下：

其中，全部工况包括稳态工况和过渡过程工况，是通过使用n_u个输入数据u_i(t),i＝1,…,n_u对m个稳态工作点的线性模型G(q)仿真得到，如下所示：

通过转化，可以表达为与待估参数θ_cs的线性形式，因此，可以通过无约束的最小二乘算法获得θ_cs，进而获得连续加权函数α_j(w)的解析表达形式，进而获得α(w)。

4.根据权利要求1所述流程装置变负荷操作培训的多变量动态系统建模方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：结合变负荷操作过程的全部数据集，首先固定α(w)，使用Gauss-Newton算法对G(q)进行优化，然后固定一次优化后的G(q)，使用步骤(3)中的方法优化α(w)；多次迭代，直到优化后的G(q)和α(w)参数收敛，获得最优的和