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专利号: 2018106854634
申请人: 杭州电子科技大学
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:2024-11-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种流程工业过程预测优化控制方法,其特征在于该方法具体是:步骤1、建立过程对象的状态空间模型,具体是:

1-1.首先采集过程对象的实时运行数据,建立处理过程模型,将带干扰的过程描述为以下形式:其中,

其中k是系统周期t是系统时刻,△是后向差分算子,x(t+1,k),x(t-1,k)分别是k周期t+1,t-1时刻状态,x(t,k)是k周期t时刻状态,y(t+1,k)是k周期t+1时刻系统过程输出,u(t,k)和u(t-1,k)分别是k周期t时刻和t-1时刻系统控制输入,d(t,k)和d(t-1,k)分别是k周期t时刻和t-1时刻的外部干扰,A,B,D,C,E是相应维数的系统矩阵;

1-2.使用T滤波器消除高频噪声:

其中, 是k周期t+1时刻滤波后的输出, 是k周期t时刻滤波后的输入,是k周期t时刻滤波后的状态;

1-3.得到滤波后的系统差分输出

其中, 是k周期t+1时刻滤波后差分输出, 是k周期t时刻滤波后的差分输入, 是k周期t时刻滤波后的差分状态;C′,E′是滤波后的相应维数的系统矩阵;

1-4.设计变松弛形式约束,即动态形式输出约束;

ymin(t,k)-εhmin(t,k)≤y(t,k)≤ymax(t,k)+εhmax(t,k)其中,ymin(t,k)和ymax(t,k)分别为k周期t时刻的最小和最大约束输出值,ε为选定松弛max min变量;h (t,k),h (t,k)是相应的输出变约束软化量;

1-5.设计系统输入约束,形式如下:

umin(t,k)-δpmin(t,k)≤u(t,k)≤umax(t,k)+δpmax(t,k)△umin(t,k)-ηqmin(t,k)≤△u(t,k)≤△umax(t,k)+ηqmax(t,k)其中,umin(t,k)和umax(t,k)分别为k周期t时刻的最小和最大约束控制输入值,△umin(t,k)和△umax(t,k)分别为k周期t时刻的最小和最大约束控制输入增量,δ,η分别为选定的松弛变量;pmax(t,k),pmin(t,k)是相应的输入变约束软化量;qmax(t,k),qmin(t,k)是相应的输入增量的变约束软化量;

1-6.设置系统跟踪误差形式,如下所示:

e(t,k)=y(t,k)-yr(t,k)

其中,y(t,k)是k周期t时刻的过程输出,yr(t,k)是系统参考轨迹,e(t,k)是k周期t时刻的跟踪误差;

为了得到更精确的控制,设置系统滚动状态误差,形式如下:其中,x(tr,k)是过去r时刻状态测量值,xp(tr,k)是过去r时刻的状态预测值,r=

0,...,p,p为预测时域;

1-7.根据步骤1-6,选取扩展误差E(t,k),对系统进行综合控制:

1-8.设计系统阶段代价,形式如下:

l(x(t,k),u(t,k))=α1||x(t,k)-x(t-1,k)||2+α2||x(t,k)-x(t,k-1)||2+β1||u(t,k)-u(t-1,k)||2+β2||u(t,k)-u(t,k-1)||2+τ||E(t,k)||2+Vf(x(M))其中l(x(t,k),u(t,k))是系统阶段代价,α1,α2,β1,β2,τ是相应的权矩阵,Vf(x(M))是终端惩罚,x(t-1,k)是k周期t-1时刻状态,x(t,k-1)是k-1周期t时刻状态,u(t-1,k)是k周期t-1时刻系统输入,u(t,k-1)是k-1周期t时刻系统输入,x(M)是终端时间M的状态;

步骤2、设计被控对象的过程控制器,具体是:

2-1.为求解最优控制输入,设计系统目标函数形式如下:min是求最小值,J分别是选取的性能指标,N是选取的阶段周期;

2-2.根据步骤1-5将输入输出约束转化为以下形式:u(0,0)=u(0),△u(0,0)=△u(0)其中u(0,0),△u(0,0)分别是系统输入和输入增量的初始条件,初始值设置分别为u(0),△u(0);

2-3.通过步骤2-1到2-2求得带输出约束与控制约束的系统的解,得到最优控制量△U*(t,k):取最优控制量的第一个元素作用于系统,如下所示:△u*(t,k)=[1 0 … 0]△U*(t,k)其中,△u*(t,k)为最优更新律,最优控制输入定义为:u(t,k)=u(t-1,k)+△u*(t,k)

2-4.在下一时刻,重复步骤2.1到2.3继续求解新的最优控制输入u(k),作用于控制对象,并依次循环。