1.一种煮糖结晶过程多目标优化与数据驱动控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)设置煮糖结晶过程中的糖膏温度、糖液过饱和度、糖液纯度及糖膏体积的优化范围;
2)获取某一批次煮糖结晶过程的糖膏温度、糖液过饱和度、糖液纯度及糖膏体积;
3)对所述糖膏温度、所述糖液过饱和度、所述糖液纯度及所述糖膏体积进行优化,获得优化后的期望糖膏温度、期望糖液过饱和度、期望糖液纯度及期望糖膏体积;
4)设置CFDL-MFAPC控制器的控制参数,将期望糖膏温度、期望糖液过饱和度、期望糖液纯度及期望糖膏体积转化为所述CFDL-MFAPC控制器的期望输出信号值;
5)执行所述CFDL-MFAPC控制器,根据所述期望输出信号值获取所述CFDL-MFAPC控制器的控制输入信号以确定煮糖过程的入料阀门的开度。
2.根据权利要求1所述的煮糖结晶过程多目标优化与数据驱动控制方法,其特征在于,将期望糖膏温度、期望糖液过饱和度、期望糖液纯度及期望糖膏体积转化为所述CFDL-MFAPC控制器的期望输出信号值的步骤如下:
21)通过以下(1)-(4)获取糖液锤度和糖膏液位的期望输出信号:其中, 为期望糖液饱和锤度, 为期望糖膏温度, 为求解S*的中间变量,Pur*为期望糖液纯度,Bx*为糖液锤度的期望输出信号,S*为期望糖液过饱和度, 为糖膏液位的期望输出信号, 为期望糖膏体积,D为煮糖结晶罐罐体内壁直径,Vo为糖膏初始体积,L0为糖膏初始液位;
22)根据糖液锤度和糖膏液位的期望输出信号获取所述CFDL-MFAPC控制器的期望输出信号值,具体如下:其中,w1为糖液锤度期望输出信号的权重值,w2为糖膏液位期望输出信号的权重值,且w1+w2=1。
3.根据权利要求1所述的煮糖结晶过程多目标优化与数据驱动控制方法,其特征在于,所述CFDL-MFAPC控制器的控制模型构建具体如下:获取非线性系统y(k+1)=f(y(k),…,y(k-ny),u(k),…,u(k-nu)),其中,u(k)∈R和y(k)∈R分别为系统在k时刻的输入信号和输出信号;
f(y(k),…,y(k-ny),u(k),…,u(k-nu))为未知系统数学模型;ny和nu为正整数,分别表示输出和输入时间窗口长度值;采用CFDL模型y(k+1)=y(k)+φc(k)Δu(k)对所述非线性系统进行等价,其中,Δu(k)=u(k)-u(k-1),φc(k)称为伪偏导数(Pseudo Partial Derivative,PPD),其对任意时刻k有界;获得向前预测方程为:令
其中,N为自然数,Nu为控制时域常数,则式(6)表示为YN(k+1)=E(k)y(k)+A(k)ΔUN(k) (8)若Δu(k+j-1)=0,j>Nu,则式(8)改写为其中
设其控制输入准则函数
其中,λ>0,为控制输入的权重因子;
令 使式(10)可改写为
将式(9)带入式(11),两端对 求导,并令其等于零,得则
其中,g=[1,0…,0]T;
PPD参数 可根据公式
计算,其中,μ>0,为PPD估计权重因子, 为上一时刻PPD估计值,η∈(0,1]为PPD步长因子;而φc(k+1),…,φc(k+Nu-1)则需要根据 进行预测,其预测公式为:其中,j=1,2,…,Nu-1,θi,其中i=1,2,…,np;np为2~7的自然数,θi由式(15)计算其中, δ∈(0,1]。
4.根据权利要求3所述的煮糖结晶过程多目标优化与数据驱动控制方法,其特征在于,根据所述CFDL-MFAPC控制器的控制模型,获取所述CFDL-MFAPC控制器的控制方法具体如下:
41)计算公式 且当
或|Δu(k-1)|≤ε或
42)计算公式 且当||θ(k)||
≥M,θ(k)=θ(1),θ(1)表示系数θ(k)的初始值;
43)计算公式
且当
或
则
44)执行公式
和公式
其中,ε和M为正的常数; 和 分别表示A1(k)和φc(k+j)的估计值,y*(k+1)为y(k+1)的加权期望输出值。