1.一种基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法,其特征在于包括如下步骤:
步骤1.将化工互联系统分割成多个子系统,并建立子系统模型及子系统通信协议;
步骤2.设计分散式故障检测方式;
步骤3.设计分散式状态反馈控制器。
2.如权利要求1所述基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法,其特征在于:
所述步骤1包括如下步骤:
1‑1.建立第i(i=1,2,...n)个子系统模型为:其中 表示第i个子系统的状态向量, 表示整个系统的状态,ui表示第i个子系统的控制输入,其中fi(ui)为足够光滑函数,fi(0)=0;
为未知函数,表示第i个子系统和第j(j=1,2,...n)个子系统之间的互联效应,且hi(x,ui,t)表示子系统i的外部扰动函数,hi是有界扰动;Ω(t‑Ti)表示在未知时刻Ti发生的扰动对应的扰动系数分布;
其中Di>0是表示扰动发生率的未知常数;Di值较大则表示突发性故障,而相对较小的Di值表示缓慢发生的故障;
1‑2.建立子系统i的局部标称模型其中
是已知的局部边界函数,表示fi的建模不确定性的边界;
1‑3.建立子系统的状态跟踪误差方程令 为xi的参考轨迹矢量,则子系统i的状态跟踪误差方程为:
1‑4.建立子系统间的通信协议如果两个子系统(子系统i和子系统j)的跟踪误差(xi和xj)都超过各自设定的阈值(di和dj),则子系统i和子系统j交换状态信息xi和xj,否则其它子系统将改用已知的期望状态和
定义协议函数Gi:
当Gi(t)Gj(t)=1时子系统i和子系统j之间才发生通信,且Gi(t)Gj(t)=Gj(t)Gi(t)。
3.如权利要求2所述基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法,其特征在于:
所述步骤2具体包括如下步骤:
2‑1.建立子系统i的估计量模型假设互联函数 的泰勒展开后的高阶项对所有i≠j都满足其中Lij是已知常数, 是欧几里得范数;
令
为子系统i的估计量模型,其中其中, 是第i个子系统的估计状态,满足 κi>0是自定义的标量,是估计误差,用于故障检测;
2‑2.定义故障检测阈值Ri(t)其中
如果|εi(td)|≥Ri(td),则在td时刻发生故障,系统发出警报。
4.如权利要求3所述基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法,其特征在于:
所述步骤3具体包括如下步骤:
3‑1.对步骤1‑1子系统模型进行线性变换令 li为待定正常数,作模型的线性变换 其中则系统模型可化为
3‑2.设计分散状态反馈控制律假设fi'(0)=0,fi”(0)=0,... 其中γi为某个正奇数;
令分散状态反馈控制律为
3‑3.将步骤3‑2的分散状态反馈控制律代入步骤3‑1变换后的子系统模型,可使得:(1)当扰动hi(x,ui,t)=0时,变换后的子系统i是渐近稳定的;
(2)当扰动hi(x,ui,t)≠0时,变换后的子系统i的解 有界,且收敛到原点的一个小邻域内,该邻域与扰动的界有关,扰动的界越小,该邻域越小;
3‑4.由于线性变换具有等价性,从步骤3‑3可知:(1)当扰动hi(x,ui,t)=0时,子系统i是渐近稳定的;
(2)当扰动hi(x,ui,t)≠0时,子系统i的解x(t)有界,且收敛到原点的一个小邻域内,该邻域与扰动的界有关,扰动的界越小,该邻域越小。