【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。 【专利类型】发明授权 【申请人】杭州电子科技大学 【申请人类型】学校 【申请人地址】310018 浙江省杭州市下沙高教园区2号大街 【申请人地区】中国 【申请人城市】杭州市 【申请人区县】上城区 【申请号】CN201210357372.0 【申请日】2012-09-24 【申请年份】2012 【公开公告号】CN102880046B 【公开公告日】2014-09-17 【公开公告年份】2014 【授权公告号】CN102880046B 【授权公告日】2014-09-17 【授权公告年份】2014.0 【IPC分类号】G05B13/00 【发明人】张日东; 薛安克; 王建中; 葛铭; 孔亚广 【主权项内容】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：Y(z-1)＝G(z-1)U(z-1)其中Y(z-1)、G(z-1)、U(z-1)分别为输出向量z变换、传递函数矩阵、输入向量z变换；G11(z-1), G12(z-1), ..., GNN(z-1)表示过程的各回路传递函数，uk(z-1)和yk(z-1)分别为第k个输入和输出变量的z变换，k＝1, 2, ..., N，z为计算机控制系统的离散变换算子，z-1为z的倒数，N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：N(z-1)＝adjG(z-1)其中，N(z-1)是伴随矩阵解耦阵，adjG(z-1)为G(z-1)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：W(z-1)＝G(z-1)·N(z-1)＝G(z-1)·adjG(z-1)＝diagdetG(z-1)其中，W(z-1)是得到的解耦过程模型，detG(z-1)为G(z-1)的行列式，diagdetG(z-1)为以G(z-1)的行列式为元素的对角矩阵；将上述解耦过程模型处理成N个单变量过程的离散表示方式：f(z-1)yk(t)＝h(z-1)uk(t)其中yk(t)和uk(t)分别是第k个过程的输出和输入变量，k＝1, 2, ..., N，f(z-1)和h(z-1)分别是yk(t)和uk(t)的系数矩阵多项式；f(z-1)＝1+f1z-1+f2z-2+...+fnz-nh(z-1)＝h1z-1+h2z-2+...+hnz-n其中fi, i＝1, 2, ..., n是相应的系数矩阵，z-i, i＝1, 2, ..., n为后移i步算子，n是得到的模型阶次；将过程模型通过后移算子Δ处理成过程的状态空间表示方式：Δxm(t+1)＝AmΔxm(t)+BmΔuk(t)Δyk(t+1)＝CmΔxm(t+1)Δxm(t)T＝[Δyk(t)Δyk(t-1)...Δyk(t-n+1)Δuk(t-1)Δuk(t-2)...Δuk(t-n+1)]；其中，Δxm(t+1)、Δyk(t+1)分别是第t+1时刻的变量值，Δuk(t)为第t时刻的输入增量变量值，Δyk(t-i)、Δuk(t-i), i＝0, 1, ..., n-1分别为第t-i时刻的输出变量增量和输入变量增量值，Am、Bm、Cm分别为对应的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，T为取转置符号；Am=-f1-f2· · · -fn-1-fnh2· · · hn-1hn10· · · 000· · · 0001· · · 000· · · 00· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 00· · · 100· · · 0000· · · 000· · · 0000· · · 001· · · 00· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 00· · · 000· · · 10]]>Bm＝[h100...0100]TCm＝[100...0000]定义一过程期望输出为r(t)，并且输出误差e(t)为：e(t)＝yk(t)-r(t)进一步得到第t+1时刻的输出误差e(t+1)为：e(t+1)＝e(t)+CmAmΔxm(t)+CmBmΔuk(t)-Δr(t+1)其中，Δr(t+1)为第t+1时刻的过程期望输出增量；定义一个新的复合状态变量：z(t)=Δ xm(t)e(t)]]>将上述处理过程综合为一个部分解耦的过程模型：z(t+1)＝Az(t)+BΔuk(t)+CΔr(t+1)其中，z(t+1)为第t+1时刻的复合状态变量，A、B、C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 : A=Am0CmAm1, B=BmCmBm, C=0-1]]>(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：J=Σ j=1NyzT(t+j)Qjz(t+j)]]>其中J为目标函数，Ny是预测步长，Qj是加权矩阵，z(t+j)是第t+j时刻的复合状态变量；b、定义控制变量的组成为：uk(t+i)=Σ j=1Nuμ 1jfj(i)Σ j=1Nuμ 2jfj(i)...Σ j=1Nuμ Njfj(i)]]>其中，μlj, l＝1, 2, ..., N是控制变量的加权系数，fj(i)是第i时刻的基函数数值，Nu是控制步长；c、计算控制器的参数Hk、Huk和Mk，具体是：Hk=Σ j=1Nufj(0)hkj, k=1, 2, ..., Nu]]>Huk=Σ j=1Nufj(0)hukj, k=1, 2, ..., Nu]]>Mk=Σ j=1Nufj(0)mkj, k=1, 2, ..., Nu]]>其中fj(0)是当前时刻的基函数数值，hkj，hukj，mkj为控制量计算参数，最终控制器为：uk(t)=-H1z(t)+Hu1uk(t-1)-M1Δ R-H2z(t)+HuNuuk(t-1)-MNuΔ R...-HNuz(t)+NuNuuk(t-1)-MNuΔ R]]>其中，uk(t-1)是第t-1时刻的控制变量数值，ΔR是依控制目标设计的参考轨迹向量增量。 【当前权利人】杭州电子科技大学 【当前专利权人地址】浙江省杭州市下沙高教园区 【专利权人类型】公立 【统一社会信用代码】12330000470009026T 【引证次数】4.0 【自引次数】1.0 【他引次数】3.0 【家族引证次数】4.0 【家族被引证次数】14

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