本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自动化
，涉及。
技术介绍
化工多变量过程是我国流程工业过程的重要组成部分，其要求是供给合格的工业产品，以满足我国工业发展的需要。作为工业生产的一个重要主体，流程工业生产过程水平的提高对整个工业经济效益的提高起着至关重要的作用。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。随着工业的发展以及对产品的质量、能源消耗和环境保护的要求越来越高，对工业过程的控制精度要求也越来越严格，传统的控制方法虽满足了一定的要求，但难以进一步提升控制水平，加上工艺过程变得更加复杂。简单的单回路过程控制已经无法满足控制精度和平稳性的要求，产品合格率低，装置效率低下。而目前实际工业中控制基本上采用传统的简单的控制手段，控制参数完全依赖技术人员经验，使生产成本增加，控制效果很不理想。我国炼油化工过程控制与优化技术比较落后，能耗居高不下，控制性能差，自 动化程度低，很难适应节能减排以及间接环境保护的需求，这其中直接的影响因素之一便是系统的控制方案问题。
技术实现思路
本专利技术的目标是针对现有的化工过程系统控制技术的不足之处，提供。该方法弥补了传统控制方式的不足，保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证形式简单并满足实际工业过程的需要。本专利技术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。本专利技术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，利用该方法可有效提高控制的精度，提高控制平稳度。本专利技术方法的步骤包括 (I)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-h)U(z-h)其中7(2-1)、CKz-1)、U(z-h)分别为输出向量z变换、传递函数矩阵、输入向量z变换； [油’0,2(2"1) - OyvCr1)! nrl). %rI) Mr1)= Gmiz'l): G^X) .u(rl) = A(z_1) U&’」Aw1)…G11C^1)，G12( )，…，GjwIT1)表示过程的各回路传递函数和&0力分别为第A个输入和输出变量的z变换，A = I, 2，…，Wz为计算机控制系统的离散变换算子，Z-1为z的倒数，况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 M(z~h) 二 adjG(z~h) 其中，Niz-1)是伴随矩阵解耦阵，adjGiz-')为的伴随矩阵。将上述伴随矩阵解耦阵与过程输入输出模型合并得到Wiz'1) = G(z-h)· Miz-1) = G{z-l)-adjG(z-1) =diag det G(z-1) 其中，W(z-1)是得到的解耦过程模型，detG^-1)为Οζζ-1)的行列式，rfi^gdetGCz-1)为以σο—1)的行列式为元素的对角矩阵。"detG(z_1) OO I,,”，O detG(z_1)Odiag det Cj(z )= .,._ OOdetG(>_1)」 将上述解耦过程模型处理成况个单变量过程的离散表示方式 其中■%.(〗)和％ 分别是第个过程的输出和输入变量，k=\,2,---,N , f{z~l)和Η,、分别是九的和％( 的系数矩阵多项式； /(Z-1) = Uf1Z-1 +f2z-2 十…+ J:z_x h(z~h) = k^-1 +,ψ-2 + …+ 其中^。,…,吣是相应的系数矩阵^^^又…⑷为后移^步算子^是得至IJ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 Axs ￠ + 1) = AmAxm (i) + BmAuk (t) Ayfc ￠+1) = CmAxs ￠+1) Axja(Ι)τ = ； 其中，ΔχΜ( + 1)、ΔΛ( +1)分别是第| + 1时刻的变量值，Δ%( )为第￡时刻的输入增量变量值，~4-^、^%(卜00'=0,1,—,《-1)分别为第—时刻的输出变量增量和输入变量增量值，~、BM、Cm分别为对应的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，τ为取转置符号。-/l -/2 ■■■ -/a-l 'Sm h ■" K-I K 1 ο-'-, ο 0 0--.0 ο0 I ·■· O O 0---0 O Am= O O ·■· I O 0---0 O O O·-'。 O 0--.0 OOOO O 1--.0 O O O-- O 0 0--.10Bm = 定义一过程期望输出为Κ )，并且输出误差抑)为 < = Λ( )-,( ) 进一步得到第 + l时刻的输出误差+ 1)为蝴 +1) = e(t)+CwiAllAxsi (I) +CjrBJm 故-Δγ(Ι + 1) 其中，ΔΚΙ + 1)为第 + 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(I)= ..L ·) 将上述处理过程综合为一个部分解耦的过程模型 z(i +1) = Az (t) + Bimk (t) + CAr(i +1) 其中，z(t + i)为第￡ + 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 Γ4 0I Γ I Γο 饭,B=K,C= -CxAm 1_—I (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=YiZ1H+j)Qf4+j) J=I其中J为目标函数，Ny是预测步长，込是加权矩阵，Z树)是第f+ J时刻的复合状态变量。b.定义控制变量的组成为权利要求1. ，其特征在于该方法的具体步骤是 (I)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~l) = Giz-1YJiz-1) 其中ry1) "(f1)、[/(^1)分别为输出向量2变换、传递函数矩阵、输入向量z变换；全文摘要本专利技术涉及。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。本专利技术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。本专利技术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，利用该方法可有效提高控制的精度，提高控制平稳度。本专利技术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。文档编号G05B13/00GK102880046SQ20121035737公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日专利技术者张日东, 薛安克, 王建中, 葛铭, 孔亚广 申请人:杭州电子科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
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：其中、、分别为输出向量变换、传递函数矩阵、输入向量变换；？，，,,,表示过程的各回路传递函数，和分别为第个输入和输出变量的变换，，为计算机控制系统的离散变换算子，为的倒数，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：其中，是伴随矩阵解耦阵，为的伴随矩阵；将上述伴随矩阵解耦阵与过程输入输出模型合并得到：其中，是得到的解耦过程模型，为的行列式，为以的行列式为元素的对角矩阵；？将上述解耦过程模型处理成个单变量过程的离散表示方式：其中和分别是第个过程的输出和输入变量，，和分别是和的系数矩阵多项式；？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？其中是相应的系数矩阵，为后移步算子，是得到的模型阶次；将过程模型通过后移算子处理成过程的状态空间表示方式：；其中，？、分别是第时刻的变量值，为第时刻的输入增量变量值，、分别为第时刻的输出变量增量和输入变量增量值，、、分别为对应的状态矩阵、输入矩阵和输出矩阵，为取转置符号；定义一过程期望输出为，并且输出误差为：？进一步得到第时刻的输出误差为：其中，为第时刻的过程期望输出增量；？？？？？定义一个新的复合状态变量：？？将上述处理过程综合为一个部分解耦的过程模型：其中，为第时刻的复合状态变量，、、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:，，(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：其中为目标函数，是预测步长，是加权矩阵，是第时刻的复合状态变量；b.定义控制变量的组成为：其中，是控制变量的加权系数，？是第时刻的基函数数值，是控制步长；c.计算控制器的参数、和，具体是：其中是当前时刻的基函数数值，，，为控制量计算参数，最终控制器为：其中，是第时刻的控制变量数值，是依控制目标设计的参考轨迹向量增量。2012103573720100001dest_path_image002.jpg,dest_path_image004.jpg,dest_path_image006.jpg,dest_path_image008.jpg,dest_path_image010.jpg,375220dest_path_image010.jpg,dest_path_image012.jpg,dest_path_image014.jpg,dest_path_image016.jpg,dest_path_image018.jpg,dest_path_image020.jpg,dest_path_image022.jpg,dest_path_image024.jpg,dest_path_image026.jpg,dest_path_image028.jpg,dest_path_image030.jpg,175684dest_path_image010.jpg,dest_path_image032.jpg,712844dest_path_image010.jpg,dest_path_image034.jpg,927794dest_path_image010.jpg,dest_path_image036.jpg,dest_path_image038.jpg,dest_path_image040.jpg,dest_path_image042.jpg,171693dest_path_image006.jpg,dest_path_image044.jpg,dest_path_image046.jpg,dest_path_image048.jpg,672951dest_path_image006.jpg,dest_path_image050.jpg,703267dest_path_image006.jpg,dest_path_image052.jpg,207060dest_path_image036.jpg,dest_path_image054.jpg,dest_path_image056.jpg,dest_path_image058.jpg,820313dest_path_image030.jpg,dest_path_image060.jpg,dest_path_image062.jpg,dest_path_image06...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张日东，薛安克，王建中，葛铭，孔亚广，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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