[发明专利]一种化工多变量过程解耦预测函数控制方法

摘要

本发明涉及一种化工多变量过程解耦预测函数控制方法。传统的控制手段中控制参数完全依赖技术人员经验，控制效果不好。本发明方法首先基于化工过程模型建立解耦状态空间模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该解耦状态空间模型建立预测函数控制回路；最后通过计算预测函数控制器的参数，将过程对象整体实施预测函数控制。本发明的技术方案是通过数据采集、过程处理、预测机理、数据驱动、优化等手段，确立了一种化工多变量过程解耦预测函数控制方法，利用该方法可有效提高控制的精度，提高控制平稳度。本发明方法弥补了传统控制的不足，并有效地方便了控制器的设计，保证控制性能的提升，同时满足给定的生产性能指标。

主权项

1. 一种化工多变量过程解耦预测函数控制方法，其特征在于该方法的具体步骤是：(1)利用化工过程模型建立解耦状态空间模型，具体方法是：首先采集化工过程的输入输出数据，利用该数据建立输入输出模型如下：其中、、分别为输出向量变换、传递函数矩阵、输入向量变换；，，,,,表示过程的各回路传递函数，和分别为第个输入和输出变量的变换，，为计算机控制系统的离散变换算子，为的倒数，为过程的输入输出变量个数，所述的输入输出数据为数据采集器中存储的数据；进一步对上述方程选取伴随矩阵解耦阵为：其中，是伴随矩阵解耦阵，为的伴随矩阵；将上述伴随矩阵解耦阵与过程输入输出模型合并得到：其中，是得到的解耦过程模型，为的行列式，为以的行列式为元素的对角矩阵；将上述解耦过程模型处理成个单变量过程的离散表示方式：其中和分别是第个过程的输出和输入变量，，和分别是和的系数矩阵多项式；其中是相应的系数矩阵，为后移步算子，是得到的模型阶次；将过程模型通过后移算子处理成过程的状态空间表示方式：；其中，、分别是第时刻的变量值，为第时刻的输入增量变量值，、分别为第时刻的输出变量增量和输入变量增量值，、、分别为对应的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，为取转置符号；定义一过程期望输出为，并且输出误差为：进一步得到第时刻的输出误差为：其中，为第时刻的过程期望输出增量；     定义一个新的复合状态变量：将上述处理过程综合为一个部分解耦的过程模型：其中，为第时刻的复合状态变量，、、分别为对应复合状态变量的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，具体是:，，(2)基于该解耦状态空间模型设计预测函数控制器，具体方法是：a.定义该预测函数控制器的目标函数为：其中为目标函数，是预测步长，是加权矩阵，是第时刻的复合状态变量；b.定义控制变量的组成为：其中，是控制变量的加权系数，是第时刻的基函数数值，是控制步长；c.计算控制器的参数、和，具体是：其中是当前时刻的基函数数值，，，为控制量计算参数，最终控制器为：其中，是第时刻的控制变量数值，是依控制目标设计的参考轨迹向量增量。