無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次容錯(cuò)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次容錯(cuò)控制方法。本發(fā)明通過(guò)結(jié)合狀態(tài)變量和輸出跟蹤誤差，建立了批次過(guò)程的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間模型，進(jìn)而在無(wú)限時(shí)域中設(shè)計(jì)控制器。該方法不僅保證了系統(tǒng)在未知擾動(dòng)和執(zhí)行器故障情況下有良好的跟蹤性能，同時(shí)也保證了形式簡(jiǎn)單并滿足實(shí)際工業(yè)過(guò)程的需要。
【專利說(shuō)明】無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次容錯(cuò)控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次 容錯(cuò)控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人們對(duì)高品質(zhì)批次生產(chǎn)的要求越來(lái)越高。這種高要求導(dǎo)致 了生產(chǎn)需要在更加復(fù)雜的條件下操作，系統(tǒng)發(fā)生故障的概率也相應(yīng)的增加了。在這些故障 中，執(zhí)行器故障是最常見(jiàn)的一種故障。由于存在摩擦、死區(qū)、飽和等特性，執(zhí)行器在執(zhí)行過(guò)程 中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障，這導(dǎo)致它很難達(dá)到指定或理想的位置。如果故障沒(méi)有被及 時(shí)的檢測(cè)并校正，生產(chǎn)性能必然會(huì)惡化，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備和人員的安全問(wèn)題。因此，提出一 種新的控制方法來(lái)解決執(zhí)行器在執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生故障從而保證系統(tǒng)控制性能是十分必要 的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)批次生產(chǎn)過(guò)程中可能遇到執(zhí)行器發(fā)生故障的問(wèn)題，提出了一 種無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次容錯(cuò)控制方法。該方法通過(guò)結(jié)合狀態(tài)變量和輸出跟 蹤誤差，建立了批次過(guò)程的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間模型，進(jìn)而在無(wú)限時(shí)域中設(shè)計(jì)控制器。該方法不僅 保證了系統(tǒng)在未知擾動(dòng)和執(zhí)行器故障情況下有良好的跟蹤性能，同時(shí)也保證了形式簡(jiǎn)單并 滿足實(shí)際工業(yè)過(guò)程的需要。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)數(shù)據(jù)采集、模型建立、預(yù)測(cè)機(jī)理、優(yōu)化等手段，確立了一 種無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次容錯(cuò)控制方法，利用該方法可有效提高系統(tǒng)在未知 擾動(dòng)和執(zhí)行器故障情況下的控制性能。
[0005] 本發(fā)明方法的步驟包括：
[0006] 步驟（1).建立被控對(duì)象的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間模型，具體方法是：
[0007] a.利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法建立局部預(yù)測(cè)模型，具體方法是：建立批次過(guò)程的實(shí) 時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置采集實(shí)時(shí)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)，將采集的實(shí)時(shí)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)作 為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的樣本集合{?^v(〇丨二。其中，只表示第i組工藝參數(shù)的輸入值，y(i)表示第i 組工藝參數(shù)的輸出值，N表示采樣總數(shù)；以該對(duì)象的實(shí)時(shí)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)集合為基礎(chǔ)建立基 于最小二乘算法的離散差分方程形式的局部受控自回歸滑動(dòng)平均模型：
[0008]

【權(quán)利要求】
1.無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程的線性二次容錯(cuò)控制方法，其特征在于該方法的具體步驟 是： 步驟（1).建立被控對(duì)象的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)空間模型，具體是： a. 利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法建立局部預(yù)測(cè)模型：建立批次過(guò)程的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，通 過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置采集實(shí)時(shí)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)，將采集的實(shí)時(shí)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的樣本 集合{%沖)匕；其中，奶表示第i組工藝參數(shù)的輸入值，y(i)表示第i組工藝參數(shù)的輸出 值，N表示采樣總數(shù)；以該對(duì)象的實(shí)時(shí)過(guò)程運(yùn)行數(shù)據(jù)集合為基礎(chǔ)建立基于最小二乘算法的 離散差分方程形式的局部受控自回歸滑動(dòng)平均模型：
其中，yjk)表示k時(shí)刻局部預(yù)測(cè)模型的工藝參數(shù)的輸出值，§表示通過(guò)辨識(shí)得到的 模型參數(shù)的集合，f表示局部預(yù)測(cè)模型的工藝參數(shù)的過(guò)去時(shí)刻的輸入和輸出數(shù)據(jù)的集合， u(k-d-l)表示k-d-Ι時(shí)刻工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)的控制變量，d+Ι為實(shí)際過(guò)程的時(shí)滯，T為矩陣的 轉(zhuǎn)置符號(hào)； 采用的辨識(shí)手段為：
其中，K和P為辨識(shí)中的兩個(gè)矩陣，P(〇) = M0>1O(')，Y為遺忘因子，?為單位矩陣； b. 利用a步驟中得到的系數(shù)，建立批次過(guò)程的差分方程模型，其形式為： Λ y (k) +H Λ y (k-1) = F Λ u (k-d-1) 其中，Λ是差分算子，F(xiàn)，H為a步驟中通過(guò)辯識(shí)得到的參數(shù)，d為時(shí)滯項(xiàng)； c. 根據(jù)b步驟中的差分方程，建立批次過(guò)程的狀態(tài)空間模型，形式如下：
Cm = (1 Ο 0 …0) 其中，Am為（d+1) X (d+1)階矩陣，Bm為（d+1) X 1階矩陣，Cm為1 X (d+1)階矩陣； d.將c步驟中得到的狀態(tài)空間模型轉(zhuǎn)換為包含狀態(tài)變量和輸出跟蹤誤差的擴(kuò)展?fàn)顟B(tài) 空間模型，形式如下： z (k+1) = Az (k)+B Δ u (k) = Az (k)+Bu (k)-Bu (k-1) 式中，
e (k) = r (k) -y (k) 其中，r(k)為k時(shí)刻的理想輸出值，e(k)為k時(shí)刻理想輸出值與實(shí)際輸出值之間的差 值； 步驟（2).設(shè)計(jì)被控對(duì)象的無(wú)窮時(shí)域優(yōu)化的批次過(guò)程線性二次容錯(cuò)控制器，具體是： a. 選取批次處理過(guò)程的目標(biāo)函數(shù)，形式如下：
ρ = -g!",丨，,，丨 其中，Q > 0, R > 0分別為過(guò)程狀態(tài)的加權(quán)矩陣、輸入加權(quán)矩陣，[U kf]為優(yōu)化時(shí)域； qp, qj2，…qjp+(1+1為過(guò)程狀態(tài)的權(quán)重系數(shù)，qje為輸出跟蹤誤差的權(quán)重系數(shù)并且取q je = 1 ; b. 利用龐特里亞金最小值原理將a步驟的目標(biāo)函數(shù)寫(xiě)成如下形式： = [z(^)1 Qz(k) + Au1 (k)RAu(k)] + p[ ti[Az(k) + BAu(k)] 其中，pk+1為拉格朗日乘子；
，并令其等于零，可得
=ATK00A-ATK00B(R+BTK 00B)_1BTK00A+Q u (k) = u (k_l) + Δ u (k) 其中，K ^為kf趨于正無(wú)窮時(shí)的值； e. 將d步驟中得到的控制量u(k)作用于被控對(duì)象； f. 在下一時(shí)刻，依照a到e的步驟繼續(xù)求解新的控制量u (k+Ι)，依次循環(huán)。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK104102131SQ201410280272
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】張樂(lè), 李海生, 張日東, 吳鋒, 鄒洪波 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)