【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及化工批次生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)，針對復(fù)雜化工生產(chǎn)過程中動態(tài)響應(yīng)特性未知，且存在非重復(fù)性負(fù)載干擾和初始重置條件不一致的批次生產(chǎn)系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動控制和參數(shù)估計理論為基礎(chǔ)，提出數(shù)據(jù)驅(qū)動的批次生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)定點優(yōu)化pi學(xué)習(xí)控制方法，是一種新穎的基于批次生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的設(shè)定點優(yōu)化pi學(xué)習(xí)控制方法，屬于工業(yè)過程控制。
技術(shù)介紹
1、隨著現(xiàn)代工業(yè)批次生產(chǎn)過程規(guī)模和復(fù)雜度的不斷增加，建立復(fù)雜過程的數(shù)學(xué)模型往往費時費力，有時甚至難以實現(xiàn)。這使得現(xiàn)有基于過程動力學(xué)模型的控制與優(yōu)化方法難以應(yīng)用。近年來，直接利用被控過程實時和歷史批次數(shù)據(jù)設(shè)計控制器的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制與批次運行優(yōu)化方法受到了廣泛的關(guān)注。目前，已有研究人員致力于探討基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的開環(huán)迭代學(xué)習(xí)控制方法。然而在實際應(yīng)用中，很多批次生產(chǎn)過程往往已經(jīng)預(yù)先配置有閉環(huán)控制回路，如p型、pi型閉環(huán)反饋控制，或者需要額外配置閉環(huán)反饋控制回路以保證初始批次的控制性能，針對此類帶有閉環(huán)反饋控制回路的非線性生產(chǎn)系統(tǒng)批次優(yōu)化方法，只有少數(shù)結(jié)果公開報導(dǎo)或發(fā)表。如近期文獻enhanced?p-type?control:indirect?adaptive?learningfrom?set-point?updates(ieee?transactions?on?automatic?control,2023,68(3):1600-1613.)提出了一種基于閉環(huán)p型反饋回路的間接型數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點學(xué)習(xí)控制方法。
2、此外，批次生產(chǎn)系統(tǒng)運行過程中廣泛存在著各種各樣的非重復(fù)性負(fù)載干擾，以及初始重置條件不一致等突出問題。近
3、然而，目前針對存在非重復(fù)性負(fù)載干擾和初始重置條件不一致的批次生產(chǎn)系統(tǒng)，如何建立基于閉環(huán)pi反饋控制回路的魯棒數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點優(yōu)化方法還有待進一步研究，有關(guān)成果具有較好的理論創(chuàng)新和工程應(yīng)用價值。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是具有非重復(fù)性負(fù)載干擾和初始重置條件不一致的批次生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點優(yōu)化pi學(xué)習(xí)控制問題。為解決上述問題，設(shè)計一個基于閉環(huán)pi控制回路的數(shù)據(jù)驅(qū)動自適應(yīng)設(shè)定點學(xué)習(xí)控制結(jié)構(gòu)，給出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的pi控制器參數(shù)整定策略，以及自適應(yīng)設(shè)定點學(xué)習(xí)控制設(shè)計方法。
2、本專利技術(shù)基于實際生產(chǎn)工程中可檢測的被控過程實時和歷史批次數(shù)據(jù)，對存在非重復(fù)性負(fù)載干擾和初始重置條件不一致的離散時間域批次生產(chǎn)系統(tǒng)模型，提出基于閉環(huán)pi控制回路的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點學(xué)習(xí)控制方法。通過對系統(tǒng)模型沿時間方向動態(tài)線性化，提出一種僅基于過程輸入與輸出數(shù)據(jù)的pi控制器參數(shù)整定策略。根據(jù)已建立的帶有閉環(huán)pi控制回路的批次生產(chǎn)系統(tǒng)模型，再通過對其沿批次方向動態(tài)線性化，提出基于歷史批次跟蹤誤差的自適應(yīng)設(shè)定點學(xué)習(xí)律。針對未知的梯度向量和學(xué)習(xí)增益，通過優(yōu)化設(shè)計的性能指標(biāo)函數(shù)，推導(dǎo)出其沿批次方向的更新算法。對于由非重復(fù)性負(fù)載干擾和初始漂移構(gòu)成的未知總擾動，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動迭代擴張狀態(tài)觀測器在線估計得到。本專利技術(shù)的突出優(yōu)點是，所設(shè)計的pi控制器參數(shù)、梯度向量、自適應(yīng)學(xué)習(xí)增益、以及總擾動均可通過生產(chǎn)過程的實時和歷史批次數(shù)據(jù)在線估計得到，而不依賴于被控生產(chǎn)系統(tǒng)的動力學(xué)模型，有利于實際應(yīng)用。而且根據(jù)壓縮映射原理和數(shù)學(xué)歸納法，給出了確保閉環(huán)學(xué)習(xí)系統(tǒng)有界收斂的充分條件。
3、本專利技術(shù)的技術(shù)方案：
4、數(shù)據(jù)驅(qū)動的批次生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)定點優(yōu)化pi學(xué)習(xí)控制方法，包括：
5、(1)數(shù)據(jù)驅(qū)動pi控制器整定
6、本專利技術(shù)給出的pi控制器整定策略僅基于被控過程的輸入和輸出測量數(shù)據(jù)，不依賴于任何被控過程模型信息。將被控生產(chǎn)系統(tǒng)沿時間方向動態(tài)線性化，可以將原系統(tǒng)等價地描述為一個帶未知時變參數(shù)向量的增量式線性化系統(tǒng)。通過優(yōu)化與控制輸入和跟蹤誤差相關(guān)的性能指標(biāo)函數(shù)，建立與未知時變參數(shù)相關(guān)的增量式pi控制器。利用參數(shù)估計算法估計時變的梯度向量，從而確定pi控制器參數(shù)的可行整定區(qū)間。再通過在線尋優(yōu)算法在可行區(qū)間內(nèi)確定時不變的pi控制器參數(shù)。
7、(2)基于閉環(huán)pi控制回路的自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點學(xué)習(xí)控制器
8、本專利技術(shù)給出的自適應(yīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點學(xué)習(xí)控制器可用于帶有閉環(huán)pi控制回路且動態(tài)響應(yīng)特性完全未知的批次生產(chǎn)系統(tǒng)，這不同于現(xiàn)有基于閉環(huán)p型控制回路的數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)定點學(xué)習(xí)控制方法、以及基于開環(huán)批次生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計的直接型數(shù)據(jù)驅(qū)動迭代學(xué)習(xí)控制方法。本專利技術(shù)設(shè)計的設(shè)定點學(xué)習(xí)控制器主要包括梯度向量估計部分，總擾動估計部分，學(xué)習(xí)增益估計部分，以及設(shè)定點指令更新部分。
9、本專利技術(shù)設(shè)計的梯度向量估計算法，利用被控過程的輸入和輸出數(shù)據(jù)沿批次方向估計梯度向量。通過調(diào)節(jié)算法中的權(quán)參數(shù)和步長參數(shù)，可以調(diào)節(jié)參數(shù)估計的收斂速度。
10、本專利技術(shù)設(shè)計的總擾動估計算法是基于被控過程線性化數(shù)據(jù)模型，相比現(xiàn)有基于固定輸入增益的擴張狀態(tài)觀測器，本專利技術(shù)設(shè)計的迭代擴張狀態(tài)觀測器具有時變的輸入增益，能更好地適用于存在非重復(fù)過程不確定性的批次生產(chǎn)系統(tǒng)。此外，觀測器的增益可以通過簡單的極點配置方法解析地求解出。通過配置不同的觀測器的極點位置可以調(diào)節(jié)對未知時變總擾動的估計精度和速度。
11、本專利技術(shù)設(shè)計的學(xué)習(xí)增益估計算法通過優(yōu)化與學(xué)習(xí)增益和跟蹤誤差相關(guān)的性能指標(biāo)函數(shù)，建立沿批次方向參數(shù)估計算法。其突出優(yōu)點在于未知總擾動的估計值包含在參數(shù)估計算法中，實現(xiàn)對干擾的主動補償，從而改善自適應(yīng)學(xué)習(xí)增益的估計精度。這不同于現(xiàn)有文獻給出的方法，即為了簡便將干擾項直接省略。
12、本專利技術(shù)設(shè)計的設(shè)定點指令更新是由帶飽和約束的比例型學(xué)習(xí)控制器執(zhí)行，相比于固定學(xué)習(xí)增益的設(shè)定點學(xué)習(xí)控制方法，本專利技術(shù)的學(xué)習(xí)增益是自適應(yīng)的，能更好地適用于帶未知動態(tài)響應(yīng)特性的批次生產(chǎn)系統(tǒng)，特別是對于存在非重復(fù)性不確定性的情況。此外，設(shè)定點學(xué)習(xí)律中還包含一個可調(diào)節(jié)的整定參數(shù)，可以用于調(diào)節(jié)跟蹤誤差的收斂速度。
13、本專利技術(shù)的有益效果：基于以上設(shè)計，本專利技術(shù)對于動態(tài)響應(yīng)特性未知，且具有非重復(fù)性負(fù)載干擾和初始重置條件不一致的批次生產(chǎn)系統(tǒng)，具有較好的設(shè)定點跟蹤性能，能改善現(xiàn)有批次運行優(yōu)化方法對未知動態(tài)響應(yīng)特性的批次生產(chǎn)系統(tǒng)的控制效果，特別是提升被控過程在初始批次運行的跟蹤性能。
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1.數(shù)據(jù)驅(qū)動的批次生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)定點優(yōu)化PI學(xué)習(xí)控制方法，其特征在于，步驟如下：
【技術(shù)特征摘要】
1.數(shù)據(jù)驅(qū)動的批次生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)定點優(yōu)化p...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉濤，郝首霖，顏廷滿，高永峰，趙珺，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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