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专利号: 2017112040605
申请人: 辽宁石油化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-04-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种不确定性间歇过程的约束2D跟踪控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、构建二维状态空间模型,并将其转化为2D-FM模型,具体为:

1.1首先构建二维状态空间模型,由如下形式表示:n l

其中,t表示时间,k表示批次,x0,k为k批次运行时的初始条件;x(t,k)∈R ,y(t,k)∈R和u(t,k)∈Rm分别表示k批次t时刻的状态变量,输出变量和输入变量; 且A,B,C为适维常数矩阵;ΔA(t,k)表示系统内部不确定性且满足ΔA(t,k)=EG(t,k)F,其中G(t,k)GT(t,k)≤I,{E,F}为适维常数矩阵,I为适维单位矩阵;w(t,k)表示未知的外部扰动;

1.2针对上述模型(1),引入如下形式的迭代学习控制律:∑ilc:u(t,k)=u(t,k-1)+r(t,k)(for u(t,0)=0,t=0,1,2,…,T)      (2)其中,u(t,0)表示迭代过程的初值,r(t,k)∈Rm为待确定的迭代学习更新律;本发明的控制目标是确定更新律r(t,k),使其控制下的运行轨迹y(t,k)尽可能地跟踪上设定的轨迹yr(t);

1.3定义输出误差:

e(t,k)=y(t,k)-yr(t)                        (3)其中,yr(t)表示每一批次的设定轨迹;

1.4定义一个批次方向的误差函数:

δf(t,k)=f(t,k)-f(t,k-1)                      (4)其中,f可为状态变量,输出变量或者未知的外部扰动;

1.5将构建的二维状态空间模型转化为2D-FM模型,对于模型(1),由式(2)-(4)可得:其中

由此,可获得增广的2D-FM模型:

其中, C1=[C  0],

步骤2、根据所得到的2D-FM模型设计出相应形式的控制律,具体为:

2.1设计如下的迭代学习控制律:

则闭环形式的2D-FM系统可表示为:

2.2用z(t+j|t,k),r(t+j|t,k),y(t+j|t,k)分别表示相应变量的预测值,上式(9)可重新写为:其中,j=0,1,2...;

2.3考虑如下的性能指标:

其约束条件为:

其中,Q1,Q2∈R(n+l)×(n+l),R∈Rm×m为给定的正定矩阵,正数rm>0,δym>0分别为更新律输入增量和输出变量的上界值;

2.4定义一个如下的Lyapunov函数:其中,P1>0,P2>0;

若要系统渐近稳定,则需满足下列条件:

2.5对上式从j=0到∞求和,且有V[z(∞,k)]=0或z(∞,k)=0,P1+P2<P,则:J∞(t,k)≤V[z(t,k)]<z(t,k)TPz(t,k)≤γ                 (15)其中,γ为J∞(t,k)的上界值;

2.6将V[z(t,k)]<z(t,k)TPz(t,k)≤γ写成LMI的形式:

2.7根据式(10)和(13),式(14)可展开为:若要上式成立,则需有:

式(18)成立的等价条件为:

且伴有下列约束条件:

其中,P1,P2,P∈R(n+l)×(n+l)为对称正定矩阵,Y1,Y2∈Rm×(n+l),X∈Rm×m和Z∈Rl×l为对称矩-1 -1阵,且γ>0,μ>0,η>0,λ>0,并定义S=γP , ε=γ η,Yi=HiS, i=1,2,ε=γ-1η;

2.8根据上述线性矩阵不等式约束(16)、(19)-(21),可实时获得Y1,Y2和S,则所求的控制律r(t,k)增益为:H1=Y1S-1=γ-1Y1P,H2=Y2S-1=γ-1Y2P从而获得具有约束的控制律u(t,k)。