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专利号: 2017113272493
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:

1.一种化工间歇过程的新型复合跟踪控制方法,其特征在于该方法具体是:步骤1建立化工间歇过程的模型,具体是:

在化工间歇过程中,对执行器部分故障的系统建立离散状态空间模型形式如下:其中t表示有限离散时间,k是周期指数,k取任意自然数;i=1,2,…r;r是任意非零自然数;z(t,k)表示被控对象的状态;

zj(t,k)是第j条弹性语言变量,j=1,2,...,p,p表示条件语言变量数;Mij(zj(t,k))是zj(t,k)在一种弹性语言集Mij中的隶属度函数;a是对应的稳定性系数;x(t+1,k)是第k个周期t+1时刻的状态;Ai,Aid,Bi,Ci分别对应表示系统的状态常数矩阵,状态延迟常数矩阵,输入常数矩阵和输出常数矩阵;x(t-d(t),k)是第k个周期系统延迟后的状态;d(t)是时间延迟函数,dm≤d(t)≤dM,dM和dm分别表示延迟的上下界;x0,k和x(0,k)是第k个周期初始时刻的状态;xk(t)是第k周期t时刻的状态;x(t,k),yk(t),u(t,k)和ω(t,k)分别表示第k个周期t时刻化工间歇过程的状态,输出,输入和未知外部干扰;

步骤2.设计化工间歇过程控制器,具体是:

2.1当执行器部分故障时,引入跟踪控制律形式如下:

其中,r(t,k)是第k个周期t时刻待设计的更新律;u(t,0)表示化工间歇过程中控制律的初始值;u(t,k-1)是第k-1个周期t时刻的跟踪控制律;

2.2定义系统状态误差和系统输出跟踪误差,形式如下

δ(x(t,k))x(t,k)-x(t,k-1)

e(t,k)yrd(t,k)-y(t,k)

其中,δ(x(t,k))表示系统t时刻第k个周期状态误差的后向差分算子,x(t,k-1)是第k-

1个周期t时刻的状态;e(t,k)是第k个周期t时刻系统的输出跟踪误差,yrd(t,k)是第k周期t时刻系统的跟踪输出轨迹,y(t,k)是第k周期t时刻系统的实际输出;

2.3结合步骤1到2.2得到相邻周期的状态误差形式

其中,δ(x(t+1,k))是第t+1时刻第k个周期状态误差的后向差分算子;Aid是状态延迟常数矩阵;x(t+1,k-1)是第k-1个周期t+1时刻的状态;

这里的x(t-d(t),k-1)是第k-1个周期系统延迟后的状态,δ(hi)=δ(hi(z(t,k)))-δ(hi(z(t,k-1))),为了表示方便,hi(z(t,k))用hi表示;

2.4对于系统的输出跟踪误差,进一步处理成如下形式

其中,e(t+1,k)是第k个周期t+1时刻的输出跟踪误差;yrd(t+1)是t+1 时刻给定的跟踪输出轨迹;y(t+1,k)是第k周期t+1时刻的实际输出;e(t+1,k-1)是第k-1个周期t+1时刻的输出跟踪误差;C=Ci,i=1,2…,r;

2.5由步骤2.3和2.4,等价的扩展跟踪控制系统表示为其中,

h(k-1)满足hm≤h(k-1)≤hM,hm和hM为其上下界,e(t+1,k-1-h(k-1))是第k-1-h(k-1)个周期第t+1时刻输出跟踪误差;

2.6设计基于跟踪误差的更新律:

其中,Ki是待求解的控制器增益;

2.7由步骤2.6得到系统的整体更新律表示为

2.8进一步作简化处理,令

xh(t+1,k)表示第k个周期t+1时刻在h方向上的状态,xv(t,k+1)表示第k+1个周期t时刻在v方向上的状态;xh(t,k)和xv(t,k)分别是第k个周期t时刻沿方向h,v上的状态;xh(x(t-d(t),k))表示第k个周期延迟d(t)时刻沿h方向的状态,xv(t+1,k-1-h(k-1))表示第k-1-h(k-1)个周期t+1时刻沿v方向的状态;

则由步骤2.5到2.7,在更新律的作用下,系统模型表示为:其中,

2.9根据闭环系统稳定条件,假设存在对称正定矩阵

以及矩阵Yi,Yj∈Rm×(n+l),使得以下矩阵不等式成立其中, I表示一定

维数的单位矩阵;T表示对应矩阵的转置;Lh和Lv分别是沿h方向和v方向的给定对称正定矩阵L;Sh和Sv分别是沿h方向和v方向的给定对称正定矩阵S; 和 分别是沿h方向和v方向的给定对称正定矩阵M1; 和 分别是沿h方向和v方向的给定对称正定矩阵M2;Xh和Xv分别是沿h方向和v方向的给定对称正定矩阵X;R(n+l)×(n+l)是(n+l)×(n+l)实矩阵集合,Rm×(n+l)是m×(n+l)实矩阵集合,m,n,l为对应的维数;

表示第j个经扩展的状态常数矩阵的转置, 是第j

个经扩展的输入常数矩阵的转置;*表示矩阵中相应的对称项;

那么得到控制器的增益Ki=YiL-1,Kj=YjL-1;

2.10重复步骤2.3到2.9可得系统的更新律r(t,k),进一步由步骤2.1得到化工间歇过程的最优控制律u(t,k)作用于被控对象。