一种动态智能生产系统的控制方法技术方案

本发明专利技术属于工程技术领域，公开了一种动态智能生产系统的控制方法，利用具有区间不确定的受约束切换系统对智能生产系统进行建模，设计了状态反馈控制器。首先，建立生产多种产品的动态智能生产系统的空间状态模型；然后，针对具有区间不确定的切换线性系统，在任意切换和平均驻留时间切换情形下，分别设计满足控制器约束的状态反馈控制器，保证闭环系统既是渐近稳定的，且为正系统。本发明专利技术提出了智能生产系统在系统矩阵区间不确定和执行器受到约束时的有效解决方法，使得系统模型参数在一定范围内变化时仍能安全稳定运行，并且节约了生产调整准备时间和降低了物料损失。调整准备时间和降低了物料损失。调整准备时间和降低了物料损失。

【技术实现步骤摘要】
一种动态智能生产系统的控制方法


[0001]本专利技术属于工程
，尤其涉及一种动态智能生产系统的控制方法。

技术介绍

[0002]化工工业生产的显著特点是连续性的流程式生产过程，即物料均匀、连续不断地按照一顶工艺顺序流动，在流动中物料地形态和性质不断改变，最后形成产品。以往，化工工业大多都采用单一品种大批量的流水生产方式。但是随着顾客需求日益多样化和个性化，现代的化工工业已经开始转向广泛采用多品种成批轮番生产，这种流程式的多品种成批轮番生产与以往单一品种大量生产相比，需要在计划期内生产出多种产品而非是单一的一种产品。值得注意的是，不同的产品需要的生产设备往往也有所不同，这就需要在生产中根据产品的品种不同而切换一系列的生产设备。因此，可以借助切换系统来刻画这种动态智能生产系统。由于实际建模参数存在误差和控制系统本身及外部扰动信号的影响，系统的各种不确定因素是广泛存在的，故在系统的控制器设计时需要考虑不确定因素的影响是十分必要的。当模型参数在一定范围内发生变化时，控制系统仍能保持稳定或保持期望性能值。此外，每种产品分批的批量大小受到中间库存的影响，在控制系统设计过程中不可避免地要为执行器增加一定的约束。考虑到在生产过程中物料的数量永远是非负的，因而，需要保证动态智能生产系统的正性。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种动态智能生产系统的控制方法,分析了系统的正性和稳定性，并确保了控制器满足一定的约束条件，使建立的系统更具实用性和一般性。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的一种动态智能生产系统的控制方法的具体技术方案如下：
[0005]一种动态智能生产系统的控制方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：构造动态智能生产系统的离散时间切换线性系统状态空间模型；
[0007]步骤2：设计动态智能生产系统的状态反馈控制器；
[0008]步骤2.1：设计智能生产系统的状态反馈控制器；
[0009]步骤2.2：获得智能生产系统的闭环系统；
[0010]步骤2.3：智能生产系统平稳运行的条件设计；
[0011]步骤3：在设计的状态反馈控制器下验证所构造的智能生产系统的正性；
[0012]步骤4：在设计的状态反馈控制器下验证所构造的智能生产系统的渐进稳定性；
[0013]步骤5：在设计的状态反馈控制器下验证满足受限条件。
[0014]进一步地，所述步骤1的模型如下：
[0015][0016]其中，为智能生产系统的系统状态，x(0)＝x0为智能生产系统的初始条
件，为控制输入，切换信号σ(k)是在集合取值的分段常值函数，当k∈[k
p
‑1,k
p
]时，表示智能生产系统的第p个子系统在运行，和是智能生产系统第p个子系统的系统矩阵。
[0017]进一步地，步骤2.1的公式如下：
[0018]u(k)＝G
p
x(k),
[0019]其中G
p
是待求得状态反馈增益阵。
[0020]进一步地，步骤2.1的公式如下：
[0021]步骤2.2的公式如下：
[0022]x(k+1)＝A
bp
x(k),
[0023]其中闭环系统矩阵A
bp
为：
[0024][0025]进一步地，步骤2.3的具体步骤如下：
[0026]若对于给定常数0＜γ＜1，存在矩阵若对于给定常数0＜γ＜1，存在矩阵使得：
[0027][0028][0029][0030][0031]成立，则通过设计状态反馈控制律u(k)使得步骤2.2中的智能生产闭环系统为正系统，且在平均驻留时间切换规则下是渐近稳定的，切换信号其中其中对于状态反馈增益阵G
p
为
[0032]G
p
＝(Y
p
‑
Z
p
)D
p
‑1.
[0033]且在初始条件满足的情况下，控制器满足限制条件
[0034]进一步地，所述步骤3的具体步骤如下：
[0035]步骤3.1：当状态反馈控制器时，
[0036]首先根据步骤2.2中的闭环系统矩阵A
bp
可得
[0037][0038]由于d
pj
＞0，在等式的两边同乘以d
pj
可得
[0039][0040]由G
p
＝(Y
p
‑
Z
p
)D
p
‑1得y
pkj
‑
z
pkj
＝g
pkj
d
pj
≥0,进而
[0041][0042]步骤3.2：当状态反馈控制器时，
[0043]根据步骤2.2中的闭环系统矩阵A
bp
可得
[0044][0045]由于d
pj
＞0，在等式的两边同乘以d
pj
可得
[0046][0047]由G
p
＝(Y
p
‑
Z
p
)D
p
‑1得y
pkj
‑
z
pkj
＝g
pkj
d
pj
≤0,进而
[0048][0049]步骤3.3：结合步骤3.1、步骤3.2和步骤2.3可知a
bpij
d
pj
≥0是成立的，又因为d
pj
＞0,故a
bpij
≥0,即矩阵A
bp
是非负矩阵，故所述的智能生产系统是正的。
[0050]进一步地，步骤4的具体步骤如下：
[0051]步骤4.1：当状态反馈控制器时，
[0052]定义n维向量d
p
＝[d
p1
,d
p2
,...,d
pn
]T
并结合矩阵元素的运算法则,得
[0053][0054]步骤4.2：当状态反馈控制器时，
[0055]定义n维向量d
p
＝[d
p1
,d
p2
,...,d
pn
]T
并结合矩阵元素的运算法则,得
[0056][0057]步骤4.3：由步骤4.1、步骤4.2和步骤2.3中的条件可知，成立，故，所述的智能生产系统是渐近稳定的。进一步地，步骤5的具体步骤如下：
[0058]首先将控制器增益阵G
p
表示为其中根据步骤2.3中的条件可得因此，
[0059][0060][0061]将其变形可得
[0062][0063]结合上式可得：
[0064][0065]令根据步骤2.3中的条件可见...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动态智能生产系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构造动态智能生产系统的离散时间切换线性系统状态空间模型；步骤2：设计动态智能生产系统的状态反馈控制器；步骤2.1：设计智能生产系统的状态反馈控制器；步骤2.2：获得智能生产系统的闭环系统；步骤2.3：智能生产系统平稳运行的条件设计；步骤3：在设计的状态反馈控制器下验证所构造的智能生产系统的正性；步骤4：在设计的状态反馈控制器下验证所构造的智能生产系统的渐进稳定性；步骤5：在设计的状态反馈控制器下验证满足受限条件。2.根据权利要求1所述的动态智能生产系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1的模型如下：其中，为智能生产系统的系统状态，x(0)＝x0为智能生产系统的初始条件，为控制输入，切换信号σ(k)是在集合取值的分段常值函数，当k∈[k
p
‑1,k
p
]时，表示智能生产系统的第p个子系统在运行，和是智能生产系统第p个子系统的系统矩阵。3.根据权利要求2所述的动态智能生产系统的控制方法，其特征在于，步骤2.1的公式如下：u(k)＝G
p
x(k),其中G
p
是待求得状态反馈增益阵。4.根据权利要求3所述的动态智能生产系统的控制方法，其特征在于，步骤2.1的公式如下：步骤2.2的公式如下：x(k+1)＝A
bp
x(k),其中闭环系统矩阵A
bp
为：5.根据权利要求4所述的动态智能生产系统的控制方法，其特征在于，步骤2.3的具体步骤如下：若对于给定常数0＜γ＜1，存在矩阵若对于给定常数0＜γ＜1，存在矩阵使得：使得：使得：
成立，则通过设计状态反馈控制律u(k)使得步骤2.2中的智能生产闭环系统为正系统，且在平均驻留时间切换规则下是渐近稳定的，切换信号其中对于状态反馈增益阵G
p
为G
p
＝(Y
p
‑
Z
p
)D
p
‑1.且在初始条件满足的情况下，控制器满足限制条件6.根据权利要求5所述的动态智能生产系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤如下：步骤3.1：当状态反馈控制器时，首先根据步骤2.2中的闭环系统矩阵A
bp
可得由于d
pj
＞0，在等式的两边同乘以d
pj
可得由G

【专利技术属性】
技术研发人员：柳瑾瑾，张婷，
申请(专利权)人：河南财经政法大学，
类型：发明
国别省市：