聚乙烯质量指标系统的预测控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种聚乙烯质量指标系统的预测控制系统及方法，该方法包括以下步骤：利用Hammerstein模型建立系统的状态空间模型；利用反函数及多包描述的方法，对状态空间模型进行线性化处理；当有数据丢包时，发送触发信息到控制器；控制器提取出与此时数据丢包环境相对应的预测模型；利用优化性能指标函数在线求解含有一个自由控制作用的无穷时域优化问题得到未来一段时间的控制序列，并将第一个控制序列作用于被控对象；重复以上步骤。本发明专利技术采用实时优化的策略，当有数据丢包的情况时，网络化预测控制模块中的控制器可根据数据丢包的情况，提出与该丢包环境相对应的预测模型，以此来补偿由于数据丢包引起的控制偏差，解决了网络环境下的数据丢包问题。

【技术实现步骤摘要】
聚乙烯质量指标系统的预测控制系统及方法
本专利技术属于聚乙烯质量控制
，具体涉及聚乙烯质量指标系统的预测控制系统及方法。
技术介绍
以聚乙烯为代表的传统化工业是我国以信息化带动工业化，走新型工业化道路要重点改造升级的产业领域，而实现全生产过程的网络化控制是改造升级的主要方向之一。这种通过网络将分布于不同地理位置的传感器、控制器和执行器等设备连接起来的网络化控制系统，能够实现设备之间的资源共享且方便远程操作，是一种新型全分布式实时反馈的控制模式。但是，网络所固有的属性引起的数据丢包问题制约了网络化控制系统的普及、推广。数据丢包不仅会影响网络化控制系统的性能，严重的甚至会造成系统不稳定，给实际系统的安全运行带来隐患。因此，如何解决网络控制系统的数据丢包问题就成为学术界重点关注的热点之一。在现有的众多方案中，预测控制是一种行之有效且得到广泛推崇的方法。预测控制是在石油、化工行业的生产实践过程中形成的一类计算机控制算法。据控制理论领域权威专家Morari的观点，预测控制可用于处理任何控制问题，尤其在高维、多变量系统，带物理约束系统，控制指标多变和/或设备(传感器/执行器)多故障系统，时滞系统等问题上有着独特优势。预测控制通常在当前时刻通过在线求解相应的优化问题得到未来一段时间的控制序列，但仅实施序列中的第一个控制作用，到下一时刻，利用对象实际输出的实时信息修正基于模型的预测，然后进行新的优化，以此来补偿由模型失配、干扰及设备故障等不确定性引起的控制偏差。由此可见，预测控制的优化过程始终建立在系统实际信息的基础上，这种策略可以实现实际意义上的最优控制。数据丢包问题实质上可以认为是系统的不确定性，因而采用预测控制来处理这类问题有着天然的优势。但是，当前在流程工业领域应用的常规预测控制方法无法处理传感器信号、控制器信号在网络环境下传输时必然会遇到的数据丢包等问题。如果将采用常规预测控制的工业过程直接置于网络化控制模式下，这必将对系统的控制品质造成不利影响，严重的甚至会对安全生产构成威胁。因此，在我国即将对以聚乙烯为代表的传统化工行业进行全面网络化控制改造升级这一背景下，需要提出一种能有效解决网络数据丢包问题的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种有效解决网络环境下的数据丢包问题，同时显著减少系统优化计算时间的聚乙烯质量指标系统的预测控制系统和方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种聚乙烯质量指标系统的预测控制方法，包括以下步骤：(1)、利用Hammerstein模型建立聚乙烯质量指标系统的状态空间模型；(2)、利用反函数及多包描述的方法，将步骤(1)中得到的状态空间模型进行线性化处理；(3)、当检测到出现数据丢包时，对数据丢包情况进行判断并发送触发信息到控制器；控制器根据数据丢包的情况，提取出与此时数据丢包环境相对应的线性化后的聚乙烯质量指标系统的状态空间模型作为预测模型；(4)、利用优化性能指标函数在线求解含有一个自由控制作用的无穷时域优化问题得到未来一段时间的控制序列，并将第一个控制序列作用于被控对象；(5)、重复以上步骤。优选的，在步骤(4)中，在某一采样时刻t＝k，由优化性能指标函数来确定系统未来时域的一系列控制量，到下一时刻t＝k+1，优化时段向前推移，并每次只执行当前时刻的最优控制作用；再通过反馈将实际输出与预测输出的偏离误差返回到系统中，对预测模型进行修正。优选的，在步骤(1)中，聚乙烯质量指标系统的状态空间模型包括串联连接的非线性子系统与线性子系统，其中非线性子系统的输入为控制变量氢气和乙烯的比值及聚合单体和乙烯的比值，非线性子系统的输出为聚乙烯质量指标累计值，非线性子系统的输出也为线性子系统的输入，线性子系统的输出为聚乙烯质量指标的瞬时值。优选的，步骤(1)中，聚乙烯质量指标系统的状态空间模型为：x(k+1)＝Ax(k)+Bv(k)其中：v(k)为非线性输入；vL(k)为系统理想输入；x(k)代表系统的状态；A，B为系统矩阵；f表示非线性的映射关系；g为f的反函数，T为温度，[H2]，[C2]，[Cx]分别为氢气，乙烯和共聚单体的浓度，θi是速率常数比的前指因于，为非线性的多包表示形式。优选的，步骤(2)中，经线性化处理后的聚乙烯质量指标系统的状态空间模型为：其中：可以通过上述多包顶点的线性组合描述，则存在非负向量满足：优选的，在对数据丢包情况进行判断时，定义只产生元素0或1的随机函数randomh，取rank＝{randomh1}为通信链路传感器-控制器数据丢包时刻的集合，tank＝{randomh2}为通信链路控制器-执行器数据丢包时刻的集合，其中元素1表示在当前时刻，数据传输成功，元素0则代表数据传输失败。聚乙烯质量指标系统的预测控制系统，包括非线性处理模块、事件触发模块和网络化预测控制模块；非线性化处理模块，用于将聚乙烯质量指标系统中的非线性输入近似转化为线性输入；事件触发模块，用于判断数据丢包情况，并发送触发信息到网络化预测控制模块；网络化预测控制模块，用于接收触发信息并在线更新预测模型，求解含有一个自由控制作用的优化问题，从而得到未来一段时间的控制序列，并将第一个控制序列作用于被控对象。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术采用实时优化的策略，当有数据丢包的情况时，网络化预测控制模块中的控制器可根据数据丢包的情况，提出与该丢包环境相对应的预测模型，以此来补偿由于数据丢包引起的控制偏差，从而有效的解决了网络环境下的数据丢包问题。2、本专利技术采用反馈校正，利用反馈将预测模型的实际输出和预测输出的偏离误差再次返回到系统中，以实现对预测模型的滚动优化，提高系统控制的精确度。3、本专利技术利用事件触发模块发送的触发信息到控制器来实现系统的优化计算，当没有出现数据丢包问题时，事件触发模块将不会发送触发信息到控制器，此时将不会执行优化计算，因此通过事件触发模块的设置，在保证系统控制性能的前提下，还能有效的减小系统优化计算的时间和在线计算量，提高系统的工作效率和资源利用率。4、本专利技术通过反函数和多包描述的方法，将聚乙烯质量指标系统的状态空间模型进行近似线性化处理，将系统中的非线性子系统近似的转化为线性子系统，使得系统中非线性的程度大大降低，提高了整个系统控制的准确性。5、本专利技术对传感器-控制器传输链路和控制器-执行器链路的数据丢包问题都进行了考虑，进一步提高了整个控制系统的准确性。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：图1为本专利技术聚乙烯质量指标系统的预测控制系统的结构框图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，聚乙烯质量指标系统的预测控制系统，包括非线性处理模块、事件触发模块和网络化预测控制模块，其中在非线性处理模块中，首先对聚乙烯质量指标系统的非线性输入函数取反函数，并采用多包描述的方法，将聚乙烯质量指标系统中的非线性输入近似转化为线性输入；事件触发模块用于发送触发信号到网络化预测控制模块，若事件触发模块发送信号给控制器，则系统执行优化计算，否则不执行，因此事件触发模块既能大幅度提高资源利用率，也能显著减少系统优化计算时间；网络化预测控制模块是一个循环优化的过程，首先根据数据丢包的统计规律本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚乙烯质量指标系统的预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、利用Hammerstein模型建立聚乙烯质量指标系统的状态空间模型；(2)、利用反函数及多包描述的方法，将步骤(1)中得到的状态空间模型进行线性化处理；(3)、当检测到出现数据丢包时，对数据丢包情况进行判断并发送触发信息到控制器；控制器根据数据丢包的情况，提取出与此时数据丢包环境相对应的线性化后的聚乙烯质量指标系统的状态空间模型作为预测模型；(4)、利用优化性能指标函数在线求解含有一个自由控制作用的无穷时域优化问题得到未米一段时间的控制序列，并将第一个控制序列作用于被控对象：(5)、重复以上步骤。

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯质量指标系统的预测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、利用Hammerstein模型建立聚乙烯质量指标系统的状态空间模型；(2)、利用反函数及多包描述的方法，将步骤(1)中得到的状态空间模型进行线性化处理；(3)、当检测到出现数据丢包时，对数据丢包情况进行判断并发送触发信息到控制器；控制器根据数据丢包的情况，提取出与此时数据丢包环境相对应的线性化后的聚乙烯质量指标系统的状态空间模型作为预测模型；(4)、利用优化性能指标函数在线求解含有一个自由控制作用的无穷时域优化问题得到未米一段时间的控制序列，并将第一个控制序列作用于被控对象：(5)、重复以上步骤。2.根据权利要求1所述的聚乙烯质量指标系统的预测控制方法，其特征在于：在步骤(4)中，在某一采样时刻t＝k，由优化性能指标函数来确定系统未来时域的一系列控制量，到下一时刻t＝k+1，优化时段向前推移，并每次只执行当前时刻的最优控制作用；再通过反馈将实际输出与预测输出的偏离误差返回到系统中，对预测模型进行修正。3.根据权利要求1所述的聚乙烯质量指标系统的预测控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，聚乙烯质量指标系统的状态空间模型包括串联连接的非线性子系统与线性子系统，其中非线性子系统的输入为控制变量氢气和乙烯的比值及聚合单体和乙烯的比值，非线性子系统的输出为聚乙烯质量指标累计值，非线性子系统的输出也为线性子系统的输入，线性子系统的输出为聚乙烯质量指标的瞬时值。4.根据权利要求2所述的聚乙烯质量指标系统的预测控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，聚乙烯质量指标系统的状态空间模型包括串联连接的非线性子系统与线性子系统，其中非线性子系统的输入为控制变量氢气和乙烯的比值及聚合单体和乙烯的比值，非线性子系统的输出为聚乙烯质量指标累计值，非线性子系统的输出也为线性子系统的输入，线...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓铭，刘娜，虞继敏，刘伟，秦城，沈朕，付婷婷，邓梨，杨爽，杨晨晨，胡美臣，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50