專利名稱：通用多變量模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于被控對象數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)控制方法，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。
現(xiàn)有由數(shù)字計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的模型預(yù)估控制方法中，應(yīng)用最多的一類是基于實(shí)測的被控對象的輸入輸出模型，典型代表有基于離散時(shí)間卷積模型和在線校正的模型算法控制(Model Algorithm Control)及相應(yīng)的軟件IDCOM、動(dòng)態(tài)矩陣控制(Dynamic Matrix Control)及相應(yīng)軟件DMCplus(Aspen Tech Corp.)和RMPCT(Hi Spec Solution,Honeywell)。基于時(shí)間序列模型和在線辮識的廣義預(yù)估控制(GeneralPredictive Control)。另一類是基于離散狀態(tài)空間模型，如全狀態(tài)反饋預(yù)估控制(State Feedback Predictive Control)、后退時(shí)域控制(Receding Horizon Control)等?，F(xiàn)有技術(shù)均可用于多變量的被控過程，并考慮了約束、操作變量維數(shù)和被控變量維數(shù)不相同時(shí)的控制和協(xié)調(diào)優(yōu)化策略，如DMCplus中采用線性規(guī)劃方法、RMPCT中采用加權(quán)和設(shè)置優(yōu)先級方法等。
現(xiàn)有技術(shù)不足之處是不能適應(yīng)各種可得到的被控對象的模型。實(shí)測輸入輸出以建立模型要干擾被控對象的平穩(wěn)運(yùn)行，或因被控對象具有不可測輸入而難于應(yīng)用；且輸入輸出數(shù)據(jù)不能全面反映被控過程的狀態(tài)，一些實(shí)測的狀態(tài)變量信息不能得到充分利用，失去進(jìn)一步改進(jìn)控制性能的機(jī)會(huì)。全部狀態(tài)反饋因狀態(tài)未必全是可得到的，使其應(yīng)用受限。由于采用多步預(yù)估值，又未利用可測狀態(tài)變量，實(shí)時(shí)計(jì)算量較大，尤其對大規(guī)模系統(tǒng)，實(shí)施較為困難。在約束協(xié)調(diào)策略中，優(yōu)化目標(biāo)或優(yōu)先級順序及線性規(guī)劃方法只考慮了穩(wěn)態(tài)要求，缺乏將被控對象的動(dòng)態(tài)特性與優(yōu)化要求相協(xié)調(diào)、對操作變量少于被控變量和二者維數(shù)實(shí)時(shí)變化時(shí)的協(xié)調(diào)策略。
本發(fā)明的目的是給出一種可用各種模型(或只有結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)時(shí)間而無嚴(yán)格模型的被控對象)的通用算法、可充分利用所有可測變量、計(jì)算較簡單、魯棒性高的多變量模型預(yù)估控制方法；在此基礎(chǔ)上，給出適應(yīng)被控對象結(jié)構(gòu)和特性變化、多變量約束、操作變量(以下簡稱MV)和被控變量(以下簡稱CV)的數(shù)量隨運(yùn)行狀態(tài)而變化的預(yù)估協(xié)調(diào)控制策略，使動(dòng)態(tài)控制和優(yōu)化要求相協(xié)調(diào)。
達(dá)到這些目的所采用的技術(shù)如下通用多變量模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于可用任一種被控過程的離散時(shí)間模型對未來時(shí)刻的被控變量和狀態(tài)變量進(jìn)行預(yù)估的通用方法，包括多項(xiàng)矩陣模型、卷積模型(脈沖或階躍響應(yīng))、脈沖傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間模型或時(shí)間序列模型(CARMA或ARMAX)；在無以上嚴(yán)格數(shù)學(xué)模型時(shí)，由被控過程的結(jié)構(gòu)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行預(yù)估。
具有校正時(shí)域，用此時(shí)域中每個(gè)采樣時(shí)刻實(shí)測的狀態(tài)變量(含被控變量)和模型預(yù)估值之差的加權(quán)平均對預(yù)估的未來值進(jìn)行校正；單值預(yù)估控制算法對每個(gè)被控變量在未來某一時(shí)刻(稱預(yù)估時(shí)域)經(jīng)校正后的預(yù)估值與其給定值之間偏差值的加權(quán)二次型性能指標(biāo)最小為目標(biāo)，計(jì)算操作變量在每個(gè)控制周期的調(diào)整量；按被控變量的要求設(shè)定優(yōu)先級和預(yù)估水平β(被控變量對操作變量階躍的響應(yīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值的倍數(shù)，0＜β＜1)、根據(jù)模型計(jì)算響應(yīng)指數(shù)和關(guān)聯(lián)指數(shù)，選定被控變量和操作變量的配對，根據(jù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度設(shè)置不同的采樣周期，進(jìn)而確定預(yù)估時(shí)域和相應(yīng)的預(yù)估步數(shù)，若預(yù)估步數(shù)大于25，應(yīng)增大采樣周期。形成多預(yù)估時(shí)域與多周期預(yù)估控制策略；具有三種變量動(dòng)態(tài)反饋的統(tǒng)一的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其特征在于利用所有可得到的實(shí)測信息的當(dāng)前值和歷史值，進(jìn)行反饋和前饋，包括三種變量的反饋被控變量(被控變量以外的可測)狀態(tài)變量、操作變量的反饋；和可測干擾的預(yù)估前饋，形成多回路動(dòng)態(tài)反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；詳見圖一。
基于這一結(jié)構(gòu)特征，可由被控對象的穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)時(shí)間，確定預(yù)估時(shí)域和相應(yīng)的預(yù)估步數(shù)，選定各反饋回路的反饋矩陣，不需要準(zhǔn)確的被控對象的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成魯棒預(yù)估控制器。
適應(yīng)于多變量、多目標(biāo)要求的對象的控制和協(xié)調(diào)，其特征在于適用于兩種控制要求將被控變量維持在給定值上的給定點(diǎn)控制和將被控變量維持在給定區(qū)域內(nèi)的區(qū)域控制；適用于被控變量和操作變量的數(shù)量隨對象運(yùn)行環(huán)境發(fā)生變化，在操作變量少于、等于或多于被控變量的各種情況間轉(zhuǎn)化時(shí)的控制；為此，按被控變量與其給定值或給定區(qū)域偏差的大小，設(shè)置多個(gè)區(qū)域，被控變量預(yù)估值處于不同區(qū)域時(shí)，采用不同控制策略或加權(quán)系數(shù)(非線性控制或非線性加權(quán))。
當(dāng)操作變量少于被控變量時(shí)，有三種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)方法對被控變量預(yù)估偏差加權(quán)、選擇滿足不同控制要求的操作變量的中間值、或?qū)嵤┓旨壙刂啤?br> 當(dāng)操作變量多于被控變量時(shí)，當(dāng)優(yōu)化操作變量與控制被控變量的作用方向一致，按優(yōu)化的優(yōu)先級順序選擇操作變量進(jìn)行控制；當(dāng)控制和優(yōu)化的要求有矛盾時(shí)，若被控變量預(yù)估值處于大偏差區(qū)，選用響應(yīng)快的操作變量以迅速減小偏差；若被控變量預(yù)估值處于小偏差區(qū)，選用響應(yīng)較慢的操作變量維持小偏差，同時(shí)，以一定速率將需要優(yōu)化的操作變量推向其優(yōu)化值。
根據(jù)被控對象的狀況，被控變量預(yù)估值所處的區(qū)域和被控變量數(shù)量的變化，操作變量的有效性(是否受限或是否允許使用)和相應(yīng)數(shù)量的變化，自動(dòng)選用不同被控變量與操作變量，按以下順序進(jìn)行協(xié)調(diào)使各變量不超限，使被控變量達(dá)到給定，使操作變量達(dá)到優(yōu)化；適應(yīng)被控對象特性發(fā)生變化的方法在線實(shí)時(shí)修改控制算法，適應(yīng)操作變量純滯后時(shí)間的變化。
對每個(gè)操作變量的調(diào)整量乘以衰減系數(shù)α，作為在線運(yùn)行時(shí)的主要調(diào)整參數(shù)。
對每個(gè)操作變量每次調(diào)整量的大小及其絕對值設(shè)置上下限約束，同時(shí)操作變量的調(diào)整量也不能使與其相關(guān)的變量超限。
圖一是具有三種變量動(dòng)態(tài)反饋和可測干擾預(yù)估前饋的通用預(yù)估控制系統(tǒng)框圖；圖二是催化裂化提升管反應(yīng)器多變量控制系統(tǒng)框圖；圖三是石油分餾塔多變量預(yù)估協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框圖；圖四是脫丁烷塔控制系統(tǒng)框圖。
下面結(jié)合附圖
，通過實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
一、可用各種模型、具有校正時(shí)域的單值預(yù)估控制算法本發(fā)明以下述多項(xiàng)式矩陣模型為基礎(chǔ)，描述被控對象A(q-1)D(q-1)B(q-1)-C00·X(k)-v(k-1)-u(k-1)=0-Y(k)----(1)]]>其中X(k)為n維可測狀態(tài)變量(簡稱SV)在第k個(gè)采樣時(shí)刻之值；u(k)為m維操作變量(簡稱MV)在第k個(gè)采樣時(shí)刻之值；y(k)為r維被控變量(簡稱CV)在第k個(gè)采樣時(shí)刻之值；v(k)為g維可測干擾變量(簡稱DV)在第k個(gè)采樣時(shí)刻之值；q-1為滯后算子，即q-NX(k)=X(k-N)；A(q-1)=I+A1q-1+A+AN.1q-N.1]]>B(q-1)=B0+B1q-1+Λ+BNRq-NR]]>D(q-1)=D0+D1q-1+Λ+DNdqND]]>分別為n×n,n×m,n×g多項(xiàng)式矩陣；C為r×n常數(shù)矩陣?？紤]各MV具有不同的時(shí)間滯后，可表示為u(k-1)=u1(k-1-τ1)u2(k-1-τ2)Mum(k-1-τm)]]>由模型(1)，可由當(dāng)前和以前時(shí)刻的各變量值，計(jì)算得到未來時(shí)刻被控對象狀態(tài)變量的預(yù)估值[含被控變量的預(yù)估值]；也可由過去的變量計(jì)算當(dāng)前狀態(tài)變量的預(yù)估值。一般預(yù)估控制算法用實(shí)測狀態(tài)變量的當(dāng)前值和預(yù)估值之差，對未來時(shí)刻的預(yù)估值進(jìn)行修正，以修正后的預(yù)估值為實(shí)際應(yīng)用的預(yù)估值。本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是用設(shè)定的校正時(shí)域(第N0到NC采樣時(shí)刻)內(nèi)每個(gè)采樣時(shí)刻實(shí)測值與預(yù)估值之間差值的加權(quán)平均值進(jìn)行在線校正。對第j個(gè)被控變量在未來第Pj個(gè)采樣時(shí)刻的校正后預(yù)估值為Yj(k+Pj)=Yj0(k+Pj)+Sj(Pj)·Δu(k) (2)Yj0(k+Pj)=Yj(k)+Σn=N0NCλn{Fxjn(q-1)[X(k)-X(k-n)]]]>+Fujn(q-1)Δu(k-1)+Fvjn(q-1)Δv(k)}(3)其中Δu(k)=u(k)-u(k-l)Δv(k)=v(k)-v(k-l)Sj(Pj)=[Sj1(Pj)Sj2(Pj)ΛSjm(pj)]Sji(Pj)是第j個(gè)CV對第i個(gè)MV的階躍響應(yīng)在第Pj個(gè)采樣時(shí)刻之值。
Fxjn(q-1),Fujn(q-1)和Fvjn(q-1)均為q-1的多項(xiàng)式向量，可由(1)式按Diophantine方程方式計(jì)算得到。
λ是對每個(gè)采樣時(shí)刻實(shí)測狀態(tài)變量與預(yù)估值的差值的加權(quán)加權(quán)系數(shù)，且λn0+λn1+Λ+λnc=1本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是可用下述任何一種實(shí)際得到的被控對象的離散時(shí)間模型進(jìn)行上述預(yù)估值的計(jì)算1．(1)式所示多項(xiàng)式矩陣或脈沖傳遞函數(shù)(可轉(zhuǎn)化為多項(xiàng)式矩陣模型)2．實(shí)測的輸入輸出(離散卷積)模型Y(k)=Σi=1NH(i)u(K-i)]]>其中H(i)為脈沖響應(yīng)系數(shù)。則A(q-1)=I,B(q-1)=Σl=1NH(i)q-1,C=I,Sj(i)=Σl=1iHj(l),Fxj(q-1)=0]]>3．輸入輸出時(shí)間序列(CARMA或ARMAX)模型A(q-1)Y(k)=B(q-1)u(k-1)則C=I,X=Y(只有MV和CV動(dòng)態(tài)反饋)4．離散時(shí)間狀態(tài)空間模型，全部狀態(tài)可測X(k+1)=G·X(k)+H·u(k)Y(k)=C·X(k)則A(q-1)=I-Gq-1,B=H(常數(shù)矩陣)，M(q-1)=05．簡略模型被控對象結(jié)構(gòu)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)特性，詳見第二節(jié)。
在以上模型預(yù)估的基礎(chǔ)上，實(shí)施單值預(yù)估控制(在線優(yōu)化)算法，是本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)。其特點(diǎn)在于使每個(gè)CV在未來第Pj個(gè)采樣時(shí)刻(只此一個(gè)時(shí)刻)的預(yù)估值Yj(k+Pj)與其給定值YjS(k+Pj)間偏差的二次型性能指標(biāo)最小，計(jì)算MV在每個(gè)控制周期的調(diào)整量當(dāng)m＜r時(shí)，得到如下控制算法Δu(k)=[ST(P)·W·S(P)]-1ST(P)·W·(YS-YO) (5a)其中W=diag[Wj] Wj為對第j個(gè)CV的加權(quán)系數(shù)。
當(dāng)m=r時(shí)，得到如下控制算法Δu(k)=S-1(P)·(YS-YO) (5b)S(P)=S1(P1)S2(P2)MSr(Pr)YS=Y1SY2SMYrSY0=Y10(k+P1)Y20(k+P2)MYr0(k+Pr)]]>Δu(k)是每個(gè)控制周期MV的調(diào)整量。二、控制器的設(shè)計(jì)多時(shí)域預(yù)估與多周期控制對多變量的被控對象，滿足對每個(gè)CV和MV的要求、適應(yīng)CV和MV的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和互相關(guān)聯(lián)特性，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和性能，形成多預(yù)估時(shí)域和多周期控制，是本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)。確定預(yù)估時(shí)域與控制周期的方法如下1．對控制性能要求高的CV，設(shè)置較高的優(yōu)先級。用“預(yù)估水平β”[相應(yīng)預(yù)估時(shí)域?yàn)殡A躍響應(yīng)首次達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值β倍的時(shí)間，一般選擇β=0.2-0.8]衡量優(yōu)先級，優(yōu)先級高者，應(yīng)選用較小的β值。對r個(gè)CV，相應(yīng)預(yù)估水平為一向量β=[β1,β2,Λβr]2．按“響應(yīng)指數(shù)”和“關(guān)聯(lián)指數(shù)”確定CV-MV配對和預(yù)估時(shí)域?qū)Φ趈個(gè)CV，選定預(yù)估水平為βj，此CV對各MV的階躍響應(yīng)達(dá)到此預(yù)估水平所相應(yīng)的采樣周期分別為Rj1,Rj2,Λ,Rjm；對所有r個(gè)CV和相應(yīng)的預(yù)估水平，均可求出相應(yīng)的采樣周期，稱為“響應(yīng)指數(shù)”；由這些響應(yīng)指數(shù)構(gòu)成響應(yīng)指數(shù)陣RARA=R11R12ΛR1mR21R22ΛR2mMMOMRr1ΛΛRm]]>定義“關(guān)聯(lián)指數(shù)”為μij=Σl=1,l≠iP|Sji(Rij)||Sij(Rij)|]]>其中Sij(Rij)是相應(yīng)于Rij的階躍響應(yīng)系數(shù)。
i=1,2,Λ,r； j=1,2,Λ,m響應(yīng)指數(shù)值越小，說明該CV-MV配對響應(yīng)越快。關(guān)聯(lián)指數(shù)越小，說明該CV-MV配對對其他變量的影響越小。配對的原則是使響應(yīng)最快，關(guān)聯(lián)最小。但二者會(huì)出現(xiàn)矛盾，為此，對第i個(gè)被控變量設(shè)加權(quán)系數(shù)Wi，并求取Mini[Wiμi+Rij]----(6)]]>所相應(yīng)的j，從而確定配對選擇CVi-MVj，相應(yīng)地可確定各CV的預(yù)估時(shí)域、預(yù)估步數(shù)和相應(yīng)的階躍響應(yīng)陣S(P)。3．檢驗(yàn)配對是否滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的必要條件Det[S(P)]Det[Gs]>0----(7)]]>其中S(P)是選定的預(yù)估步數(shù)所相應(yīng)的階躍響應(yīng)矩陣；Gs是被控對象的穩(wěn)態(tài)增益矩陣；Det表示取行列式。
若所選預(yù)估步數(shù)不能滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，則可增大預(yù)估水平，使其穩(wěn)定。
對規(guī)模較大的被控對象，可按關(guān)聯(lián)性劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)CV-MV的配對選擇與上述方法相同。4．多預(yù)估時(shí)域與多采樣周期當(dāng)CV與MV的維數(shù)(數(shù)量)相同時(shí)，則只有一種CV-MV配對組合。對r個(gè)CV，則有r個(gè)預(yù)估時(shí)域。
當(dāng)MV的維數(shù)(數(shù)量)多于CV時(shí)，則可有多種配對組合(設(shè)為L種)，相應(yīng)地，有r×L個(gè)預(yù)估時(shí)域。
按以上方法，自然形成多時(shí)域預(yù)估控制。
預(yù)估步數(shù)Pij不宜超過25，以減少在線計(jì)算的工作量；若預(yù)估步數(shù)過大，應(yīng)增大控制周期，使預(yù)估步數(shù)減小，形成多周期控制，以適應(yīng)大規(guī)模系統(tǒng)或不同MV響應(yīng)時(shí)間差別較大的系統(tǒng)。三、多回路控制和通用魯棒預(yù)估控制器(5)式是本發(fā)明給出的基本控制方法，由于X=[Y Z]T,Y為被控變量，Z為被控變量以外的可測狀態(tài)變量。相應(yīng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖一所示。圖一表示出本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)具有被控變量CV(Y)的動(dòng)態(tài)反饋、操作變量MV的動(dòng)態(tài)反饋、可測狀態(tài)變量(Z)的動(dòng)態(tài)反饋的多回路控制，和可測干擾(V)的動(dòng)態(tài)前饋。
反饋和前饋分別通過Fy(q-1),Fu(q-1),Fx(q-1)和Fv(q-1)實(shí)現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是不僅利用當(dāng)前時(shí)刻的實(shí)測值，也利用過去時(shí)刻的實(shí)測值進(jìn)行反饋和前饋。
當(dāng)不能準(zhǔn)確得到被控對象數(shù)學(xué)模型時(shí)，可利用圖一所示具有三種變量反饋的預(yù)估控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，選定預(yù)估水平后，由被控對象的穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)時(shí)間，確定預(yù)估時(shí)域和相應(yīng)的預(yù)估步數(shù)，選定各反饋回路的反饋矩陣，不需要準(zhǔn)確的被控對象的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成魯棒預(yù)估控制器，是本發(fā)明的又一個(gè)特點(diǎn)。其算法如下Δu(k)=αA0{YS-Y(k)-Fx[X(k)-X(k-P)]-Σi=1P[S(P)-S(i)]Δu(k-i)}---(8)]]>其中YS,Y(k),X(k),X(k-P),Δu(k),S(P)意義同前已知G0={gij}被控變量對MV的穩(wěn)態(tài)增益(放大倍數(shù))Gx={kij}被控變量對可測狀態(tài)變量(含被控變量)的穩(wěn)態(tài)增益tij第i個(gè)CV對第j個(gè)MV的響應(yīng)時(shí)間(達(dá)95％的時(shí)間)
τij第i個(gè)CV對第j個(gè)MV的純滯后時(shí)間相應(yīng)的采樣周期數(shù)根據(jù)對被控變量的要求，已選定預(yù)估水平βi(i=1,2,Λ,r)已選定具有相同下標(biāo)的CV-MV配對對第i個(gè)CV的預(yù)估步數(shù)為Pi，則Sii(Pi)=βi·giiSiji+j(Pi)=(1-tij-τijpi)gij---(9)]]>(i=1,2,Λr j=1,2,Λm)Sij(l)=Sij(pi)pil l=1,2,Λ,P,]]>Sij(l)相當(dāng)于被控對象階越響應(yīng)系數(shù)。必要時(shí)，可對此計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正適當(dāng)減小l較小時(shí)Sij(l)的數(shù)值，以增強(qiáng)控制的魯棒性。
A0=det[S(P)]α=[α1,α2,Λαm]T，是控制衰減系數(shù)。一般可選α=0.1-1.0βi數(shù)值越大，αi數(shù)值越小，魯棒性越好，控制作用增量越小，響應(yīng)越慢。
Fx為m×n維狀態(tài)反饋陣Fx=diag[δi]Gx其中δi(i=1,2,Λ,r)為可調(diào)參數(shù)，建議范圍0.2-0.8。
由以上方法，只需具有被控對象的結(jié)構(gòu)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)特性，即可得到控制性能和魯棒性可調(diào)的“魯棒預(yù)估控制器”，而不依賴于嚴(yán)格的被控對象數(shù)學(xué)模型。四、動(dòng)態(tài)控制與優(yōu)化要求的實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)本發(fā)明考慮多變量、多目標(biāo)要求的對象的兩種控制要求將被控變量CV維持在給定值上的給定點(diǎn)控制(簡稱SCV)和將被控變量維持在給定區(qū)域內(nèi)的區(qū)域控制(簡稱ZCV)?？繎]兩方面的優(yōu)化要求使CV達(dá)到優(yōu)化值和使部分MV達(dá)到優(yōu)化值。
本發(fā)明還考慮被控對象因環(huán)境變化引起的結(jié)構(gòu)變化，即被控變量的數(shù)量因是否滿足控制要求而變化，操作變量因本身受約束、相關(guān)變量(以下簡稱RV)受約束)或不允許使用而發(fā)生的數(shù)量變化，形成被控對象在操作變量少于、等于或多于被控變量的各種情況間的轉(zhuǎn)化。在此情況下滿足兩種控制要求和兩種優(yōu)化要求。
通過動(dòng)態(tài)控制，改變MV，是使CV達(dá)到優(yōu)化值的方法。顯然，這與使MV達(dá)到優(yōu)化值可能會(huì)有矛盾。對動(dòng)態(tài)控制與MV的優(yōu)化要求實(shí)(隨)時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)，包括子控制系統(tǒng)自身的協(xié)調(diào)和子系統(tǒng)之間(全局)的協(xié)調(diào)。是本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)。
協(xié)調(diào)的原則是首先保證各變量不超限或不超約束；其次，在保證CV基本達(dá)到優(yōu)化(給定)值的條件下，使MV達(dá)到優(yōu)化值。
為適應(yīng)協(xié)調(diào)要求，本發(fā)明采用以下方法1．對CV進(jìn)行多區(qū)域設(shè)置①小偏差區(qū)當(dāng)SCV預(yù)估值處于小偏差區(qū)內(nèi)時(shí)，對MV進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其逐步達(dá)到優(yōu)化值。當(dāng)ZCV預(yù)估值處于小偏差區(qū)內(nèi)時(shí)，可不對其進(jìn)行控制，使CV的數(shù)量發(fā)生變化。
②大偏差區(qū)當(dāng)SCV預(yù)估值處于大偏差區(qū)內(nèi)時(shí)，選擇快速響應(yīng)MV，使SCV盡快回到給定值；當(dāng)ZCV預(yù)估值處于大偏差區(qū)內(nèi)時(shí)，應(yīng)對其進(jìn)行控制。
③上下限區(qū)當(dāng)CV預(yù)估值超限時(shí)，選擇強(qiáng)有力的控制作用，使其不超限。
必要時(shí)可設(shè)置更多的區(qū)域。2．動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)優(yōu)化當(dāng)有效的MV多于CV時(shí)①當(dāng)優(yōu)化與控制的作用方向一致時(shí)，按優(yōu)化的優(yōu)先級順序選擇MV進(jìn)行控制；②當(dāng)控制和優(yōu)化的要求有矛盾時(shí)，若CV預(yù)估值處于大偏差區(qū)時(shí)，選用響應(yīng)快的操作變量(常常會(huì)使這一MV偏離其優(yōu)化值)以迅速減小偏差；當(dāng)CV預(yù)估值處于小偏差區(qū)，用響應(yīng)較慢的MV維持小偏差，同時(shí)，以一定速率將需要優(yōu)化的MV推向其優(yōu)化值。
當(dāng)有效MV和CV數(shù)量相等時(shí)，用(5)式計(jì)算所需MV的調(diào)整量。
當(dāng)有效的MV少于需控制的CV時(shí)，提供以下三種協(xié)調(diào)策略①對(CV預(yù)估值與其給定值的)偏差非線性加權(quán)，按(5)式計(jì)算MV的調(diào)整量；加權(quán)系數(shù)隨CV的偏差而變化，當(dāng)CV預(yù)估值處于小偏差區(qū)內(nèi)時(shí)，加權(quán)系數(shù)最小(可為零)；當(dāng)CV預(yù)估值處于大偏差區(qū)內(nèi)時(shí)，加權(quán)系數(shù)隨偏差而增大。
②選擇MV的中間值選定與有效的MV相同數(shù)量的Cv為給定點(diǎn)控制，按(5)式計(jì)算出所需MV的調(diào)整量；對其余CV按ZCV控制要求，以其區(qū)域(上下)限為給定值，由(5)式計(jì)算出所需MV的調(diào)整量，由此，對每個(gè)MV可計(jì)算得到三個(gè)調(diào)整量，選擇其中間值實(shí)施控制。
③分級協(xié)調(diào)控制給定點(diǎn)控制作為下級子控制系統(tǒng)，區(qū)域控制作為上級子控制系統(tǒng)，預(yù)估區(qū)域控制被控變量超限時(shí)，由上級子系統(tǒng)調(diào)整下級子系統(tǒng)的給定值。上級子系統(tǒng)也可是多個(gè)下級子系統(tǒng)的上級，構(gòu)成全局協(xié)調(diào)系統(tǒng)，若有效MV的數(shù)量為零，給出子系統(tǒng)失效信息，進(jìn)行全局協(xié)調(diào)。
3．狀態(tài)判斷與實(shí)時(shí)決策在每個(gè)采樣控制時(shí)刻，計(jì)算被控變量預(yù)估值所處的區(qū)域和被控變量數(shù)量的變化，實(shí)時(shí)檢測操作變量的有效性(是否受限或是否允許使用)和相應(yīng)數(shù)量的變化，自動(dòng)選用不同被控變量與操作變量的配對，按以下順序進(jìn)行協(xié)調(diào)使各變量不超限，使被控變量達(dá)到給定，使操作變量達(dá)到優(yōu)化。五、對被控對象特性變化的自適應(yīng)1．適應(yīng)被控對象狀態(tài)的變化自動(dòng)選擇CV-MV配對、預(yù)估時(shí)域和相應(yīng)的預(yù)估步數(shù)、相應(yīng)的控制策略，滿足不同的CV控制要求和不同的有效MV，并將可能和必要的MV推向優(yōu)化值。
2．對(5)式計(jì)算得到的每個(gè)MV的調(diào)整量乘以控制衰減系數(shù)α，作為在線運(yùn)行時(shí)的主要調(diào)整參數(shù)；一般情況下，0＜α＜1,α越小，控制系統(tǒng)的魯棒性越高，MV的實(shí)際調(diào)整量越小，以適應(yīng)被控對象特性的變化。
3．對每個(gè)MV的調(diào)整量的大小(絕對值)設(shè)置上下限和速率限，調(diào)整量不得超過限值。
4．在線自適應(yīng)MV滯后時(shí)間的變化(5)式給出的MV調(diào)整量，是以被控對象額定狀態(tài)下的模型為依據(jù)的。當(dāng)被控對象CV對每個(gè)MV的純滯后時(shí)間τi發(fā)生變化時(shí)，對(5)式中預(yù)估值Yj0(j=1,2,Λ,r)進(jìn)行在線修正。方法如下①當(dāng)具有被控對象的狀態(tài)空間模型，且全部狀態(tài)可測時(shí)，Yj0=Yj(k)+CjAPj0Aτj[X(k)-X(k-Pj0-τj)]]]>+Σi=1mΣL=1τiSji(Pj+L)Δui(k-L)]]>+Σi=1mΣL=1τi[Sji(Pj+τi)-Sji(L+τi)]Δui(k-τi-L)]]>+Σi=1mΣL=1τi[Sji(Pj+τi)-Sji(Pj+L)]Δui(k-Pj-L)}---(10)]]>其中Pj0=Pj-τj②當(dāng)不具備上述條件時(shí)，只對Fujn(q-1)=[Fujn1(q-1) Fujn2(q1)Λ Fujnm(q-1)]]Fujni(q-1)=+ΣL=1Pj-τi[Sji(Pj+τi)-Sji(L+τi)]·Δui(k-L-τi)]]>+ΣSji(Pj+L)·Δui(k-L)+ΣL=1NBjiMji(L)Δui(k-L-τi0)]]>進(jìn)行在線校正。不失一般性，設(shè)校正時(shí)域?yàn)镹0=Nc=Pj，則此等式右邊前二項(xiàng)是隨實(shí)際滯后時(shí)間變化的，第三項(xiàng)是不隨實(shí)際滯后時(shí)間變化的(τj0是模型所用滯后時(shí)間，是不變的)。
實(shí)施例一催化裂化提升管反應(yīng)器的控制催化裂化提升管反應(yīng)器是在高溫和催化劑的作用下，將重質(zhì)油裂化為輕質(zhì)油(石油氣、液化石油氣、汽油、柴油等)的化學(xué)反應(yīng)器。為使反應(yīng)器運(yùn)行平穩(wěn)，通常設(shè)有提升管出口溫度比例積分控制器TC，終止劑流量比例積分控制器FC。
圖二所示提升管反應(yīng)器預(yù)估協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的方框圖，其中T1,T2分別為提升管反應(yīng)器中部和出口溫度，F(xiàn)0,T0原料流量與溫度，F(xiàn)C,TC催化劑流量與溫度，F(xiàn)3,T3終止劑流量與溫度， V調(diào)節(jié)閥(滑閥)閥位FC終止劑流量比例積分控制器，TC1提升管出口溫度比例積分控制器，TC2原料預(yù)熱溫度比例積分控制器，本控制系統(tǒng)以在線計(jì)算的反應(yīng)深度和實(shí)測反應(yīng)溫度為被控變量、以兩個(gè)比例積分控制器的給定為操作變量(MV1和MV2)，應(yīng)用本發(fā)明提供的通用模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制器，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的控制。1．被控對象與變量劃分對化學(xué)反應(yīng)器進(jìn)行控制的主要目的是維持反應(yīng)深度平穩(wěn)在優(yōu)化定值上，這里用實(shí)時(shí)計(jì)算的反應(yīng)熱(單位進(jìn)料在反應(yīng)時(shí)所需熱量，kJ/kg)衡量反應(yīng)深度(詳見已申報(bào)的專利，90108193.0)，以反應(yīng)熱作為主要被控變量(給定點(diǎn)控制)，以反應(yīng)溫度作為另一被控變量。
本系統(tǒng)的變量劃分如下
RV為與MV相關(guān)的變量，對MV和RV均設(shè)有上下限和速率限；FBV(為CV以外的可測)狀態(tài)變量反饋，F(xiàn)FV為前饋?zhàn)兞俊?．CV-MV配對、控制周期與預(yù)估步數(shù) 本系統(tǒng)可能且合理的CV-MV配對為①反應(yīng)熱(CV1)-反應(yīng)溫度PI給定(MV1)反應(yīng)溫度(CV2)-終止劑流量(MV2)②反應(yīng)熱(CV1)-反應(yīng)溫度PI給定(MV1)反應(yīng)溫度(CV2)-預(yù)熱溫度PI給定(MV3)3．控制與協(xié)調(diào)方法CV1-MV1和CV2-MV2配對具有較快的響應(yīng)，是首選的控制方案，可采用相同的控制周期，相應(yīng)的預(yù)估水平均采用β=0.5。
CV1-MV1和CV2-MV3的響應(yīng)很慢，只在MV2受限使用，或CV2處于大偏差區(qū)時(shí)與第①種方案同時(shí)使用；采用較長的控制周期和較大的預(yù)估水平。
以上CV與MV數(shù)量相同，直接用(5)式計(jì)算MV的調(diào)整量。
當(dāng)MV2和MV3均受限時(shí)，MV少于CV，有選以下三種方法中的一種進(jìn)行協(xié)調(diào)1．按以下三種要求計(jì)算MV1①按CV1達(dá)到其給定值計(jì)算，得MV1(1)；②按CV2達(dá)到其大偏差上限值計(jì)算，得MV1(2)；③按CV2達(dá)到其大偏差下限值計(jì)算，得MV1(3)；選MV1(1),MV1(2),MV1(3)的中間值進(jìn)行控制。2．對預(yù)估偏差非線性加權(quán)當(dāng)CV2預(yù)估值處于小偏差區(qū)，W1=1,W2=0；當(dāng)CV2預(yù)估值處于大偏差區(qū)，W1=1-ABS(E2)/B,W2=ABS(E2)/B；E2為偏差值，B為偏差區(qū)寬度。當(dāng)ABS(E2)＞1時(shí)，W1=0,W2=1。3．分級控制以反應(yīng)熱預(yù)估控制為下級，反應(yīng)溫度預(yù)估控制為上一級，當(dāng)預(yù)估反應(yīng)溫度超限時(shí)，調(diào)整反應(yīng)熱給定值進(jìn)行協(xié)調(diào)。實(shí)施例二石油分餾塔的控制石油分餾塔是將石油餾分中各種產(chǎn)品或半成品分離成為合格產(chǎn)品的生產(chǎn)裝置，它利用石油餾分中各產(chǎn)品沸點(diǎn)范圍不同，先將其加熱汽化，然后利用回流取熱，在塔內(nèi)形成充分的傳質(zhì)傳熱，將產(chǎn)品分離。一般被加熱的原料自塔底或塔的下部進(jìn)入分餾塔，氣相石油餾分向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)多層塔板進(jìn)行傳質(zhì)傳熱，較重的產(chǎn)品自塔中下部餾出，較輕的產(chǎn)品自分餾塔的頂部和中上部各側(cè)線餾出。加熱和回流均要消耗能量，而取熱可回收能量，減少能耗；多回收能量，顯然是石油分餾塔的一個(gè)控制目標(biāo)；但對石油分餾塔的控制，最主要的目標(biāo)是保證產(chǎn)品合格，平穩(wěn)卡邊，可帶來更大的效益。需對二者進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)。
圖三是某石油分餾塔系統(tǒng)流程及其控制系統(tǒng)框圖。其中TC溫度PI控制器FC流量PI控制器LC液位PI控制器MV操作變量， T溫度測點(diǎn)E換熱器或再沸器調(diào)節(jié)閥或三通閥工藝設(shè)備或管線
儀表線常規(guī)PI控制器利用本發(fā)明給出的關(guān)聯(lián)性分析和可測狀態(tài)變量，可將分餾塔的控制劃分為汽油干點(diǎn)控制、柴油凝固點(diǎn)控制、下部溫度控制、塔底控制、吸收塔控制、穩(wěn)定塔控制等子系統(tǒng)，利用上表中標(biāo)有#號的可測狀態(tài)變量作為前饋(FF)變量，可減小各子系統(tǒng)間的互相關(guān)聯(lián)，達(dá)到用一個(gè)大系統(tǒng)進(jìn)行控制的相同效果。
本系統(tǒng)在常規(guī)PI控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)施，MV均為常規(guī)PI控制器的給定值。
1．變量與子系統(tǒng)劃分如下
說明*號表示MV是有優(yōu)化要求的；為便于說明問題，下面以汽油干點(diǎn)控制子系統(tǒng)為例；2、通用魯棒預(yù)估控制器以汽油干點(diǎn)控制子系統(tǒng)為例，若不能得到準(zhǔn)確的被控對象模型，可利用以下信息構(gòu)造通用魯棒預(yù)估控制器(1)被控對象的結(jié)構(gòu)CV1汽油干點(diǎn)Y、CV2塔頂溫度T1；MV:MV1頂部取熱循環(huán)流量，MV2頂部冷回流量、MV3循環(huán)取熱三通閥；對MV1和MV3有優(yōu)化要求，優(yōu)化值均為其下限值；優(yōu)化順序?yàn)镸V3優(yōu)先，MV1次之。
狀態(tài)反饋?zhàn)兞宽斞邓囟萒2、頂循抽出板下溫度T4；(2)穩(wěn)態(tài)特性CV1對T2的穩(wěn)態(tài)增益為A12=0.8，對T4的穩(wěn)態(tài)增益為A13=0.9，對MV2(三通閥開度)的穩(wěn)態(tài)增益為B1=0.1℃/％；CV1對MV1的穩(wěn)態(tài)增益為0.5℃/噸/時(shí)，故S(P1)=0.3℃/噸/時(shí)；CV1對MV3的穩(wěn)態(tài)增益為1.4℃/噸/時(shí)。故S(P3)=0.84℃/噸/時(shí)。(3)動(dòng)態(tài)響應(yīng)CV1(汽油干點(diǎn))與CV2(塔頂溫度)有相同的動(dòng)態(tài)特性CV1對MV2(頂溫PI給定或三通閥)響應(yīng)較慢，約12分鐘，另有純時(shí)間滯后τ=1分鐘，相應(yīng)于30秒采樣周期的滯后步數(shù)為Nd，預(yù)估步數(shù)為P0=6,P2=Nd+P0=8；CV1對MV1(頂循流量)和MV3(頂冷回流流量)響應(yīng)較快，約8分鐘；相應(yīng)于10秒采樣周，預(yù)估時(shí)域P1=P3=11；(4)魯棒預(yù)估控制器以CV與MV2配對為例，參見(7)式選擇β=0.6,A0=S(P2)=βB1，有以下魯棒預(yù)估控制器ΔMV2(k)=α·S-1(P2){YS-Y-[F1·(T1(k)-T1(k-p)+F2·(T2(k)-T2(k-p))+F3·(T4(k)-T4(k-p))]+Σi=1P[S(P2)-S(i)]ΔMV2(k-i)]]>+ΣL=1τ[S(P2+L)ΔMV2(k-L)+ΣL=1τ[S(P2+τ)-S(P2+L)]ΔMV2(k-L-P)]]>其中F1=(0.2-1.0),F2=(0.2-1.0)A12,F3=(0.2-1.0)A133．MV的在線實(shí)時(shí)選擇與協(xié)調(diào)優(yōu)化有三個(gè)可能的CV-MV配對，與之相應(yīng)，有三種控制算法。①CV1-MV1，作用方向?yàn)椤?”；②CV1-MV2，作用方向?yàn)椤?”③CV1-MV3，作用方向?yàn)椤?”在每個(gè)控制時(shí)刻，均需根據(jù)被控對象的狀態(tài)，選擇相應(yīng)的控制算法，達(dá)到控制與協(xié)調(diào)的要求，其步驟如下①按最大預(yù)估時(shí)域在線實(shí)時(shí)計(jì)算CV1和CV2的預(yù)估值Y10和Y20；②判斷Y10和Y20所處區(qū)域③判斷MV是否達(dá)到上下限(是否處于優(yōu)化狀態(tài))；④按運(yùn)行狀態(tài)選擇CV-MV配對，采用下述IF-THEN方法。IF:[Y10＜YS(給定值)(使MV優(yōu)化與減少CV偏差的控制有相同作用方向)AND MV1與MV3均已處于優(yōu)化值(下限)AND MV2有效(允許使用、不超上限，三通伐旁路未全開)]OR[Y10≥YS(使MV優(yōu)化與減少CV偏差的控制有不同方向)，AND CV1處于小偏差區(qū)內(nèi)(Y10-YS＜設(shè)定值)]AND MV1有效(允許使用、不超下限，三通伐旁路未全關(guān))]THEN選CV1-MV2配對和相應(yīng)的算法進(jìn)行控制。ELSE IF:[Y10＜YSAND MV3未處于優(yōu)化值(下限)；OR[Y10≥YSAND CV1不處小偏差區(qū)內(nèi)(Y10-YS＞設(shè)定值)AND MV2已達(dá)上限AND MV3有效(未達(dá)上限)]THEN選CV1-MV3配對和相應(yīng)的算法進(jìn)行控制ELSE 選CV1-MV1配對和相應(yīng)的算法進(jìn)行控制ENDIF Y20≥上限，THEN ΔMV2不得大于零；ΔMV1和ΔMV3不得小于零；IF Y20≤下限，THEN ΔMV2不得小于零；ΔMV1和AMV3不得大于零；IF ABS(ΔMV)≥速率限，THFN ABS(ΔMV)=速率限。實(shí)施例三脫丁烷塔的控制脫丁烷塔的作用是將原料中的丁烷(C4)及更輕的烴類分離出來，從塔的頂部餾出，原料中較重的組分自塔底排出。要求塔頂餾出物中C5含量低于給定的標(biāo)準(zhǔn)，塔底排出物中的丁烷含量也低與給定的標(biāo)準(zhǔn)。通常在塔頂和塔底分別設(shè)置溫度比例積分控制器TC1和TC2對脫丁烷塔進(jìn)行控制。
為提高分離精度，保證塔頂和塔底產(chǎn)品質(zhì)量，可采用本發(fā)明提供的模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制器，在常規(guī)塔頂溫度比例積分控制器TC1、塔底溫度比例積分控制器TC2、塔預(yù)壓力比例積分控制器PC的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)高級控制，如圖四所示。其中1塔頂冷凝冷卻器2塔頂回流罐3塔底再沸器T1T2T3T4T5T6 實(shí)測脫丁烷塔各點(diǎn)溫度TC1塔頂溫度比例積分控制器TC2塔底溫度比例積分控制器PC塔頂壓力比例積分控制器F0T0原料流量與溫度F2氣體流量P,L塔頂壓力與塔底液位F1T6T5給再沸器供熱的熱載體流量與溫度A1A2塔底與塔頂產(chǎn)品質(zhì)量(C5和丁烷C4含量)分析儀或觀測器脫丁烷塔控制系統(tǒng)變量表
<p>IF[Y10≥YS(使MV優(yōu)化與減少CV偏差的控制有不同方向)，AND CV1處于小偏差區(qū)內(nèi)(Y10-YS＜設(shè)定值)]AND MV2有效(允許使用、不超下限，三通伐旁路未全關(guān))]IF MV3未達(dá)優(yōu)化值，則按一定速率將MV3推向優(yōu)化值；IF MV3已達(dá)優(yōu)化值，MV1未達(dá)優(yōu)化值，則按一定速率將MV1推向優(yōu)化值。
IF MV1,MV2,MV3均失效，則請求上一級(全局)控制協(xié)調(diào)。
例MV2達(dá)下限(頂循三通伐旁路全關(guān)閉)，MV1和MV3達(dá)上限，可減小MV12(進(jìn)料流量)、增大塔下部取熱量(降低塔下部溫度給定值)或增大塔底取熱量(關(guān)閉塔底三通伐旁路或增大塔底循環(huán)流量)
權(quán)利要求
1．通用多變量模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制方法，特別用于連續(xù)生產(chǎn)過程的基于數(shù)學(xué)模型的多變量預(yù)估協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于可用任一種被控過程離散時(shí)間模型包括用多項(xiàng)矩陣模型、卷積模型(脈沖或階躍響應(yīng))、脈沖傳遞函數(shù)、狀態(tài)空間模型或時(shí)間序列模型(CARMA或ARMAX)對未來時(shí)刻的變化進(jìn)行預(yù)估的通用方法；在無以上模型時(shí)，由被控過程的結(jié)構(gòu)、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行預(yù)估的方法；具有校正時(shí)域，用此時(shí)域中每個(gè)采樣時(shí)刻實(shí)測狀態(tài)變量(含被控變量)和模型預(yù)估值之差的加權(quán)平均對預(yù)估值進(jìn)行校正；單值預(yù)估控制算法根據(jù)對每個(gè)被控變量在未來某時(shí)刻(稱預(yù)估時(shí)域)的一個(gè)預(yù)估值與其給定值之間的偏差值的加權(quán)二次型性能指標(biāo)最小，計(jì)算操作變量在每個(gè)控制周期的調(diào)整量；按被控變量的要求設(shè)定優(yōu)先級和預(yù)估水平β(被控變量對操作變量階躍的響應(yīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值的倍數(shù)，0＜β＜1)、根據(jù)模型計(jì)算響應(yīng)指數(shù)和關(guān)聯(lián)指數(shù)，選定被控變量和操作變量的配對，根據(jù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度設(shè)置不同的采樣周期，進(jìn)而確定預(yù)估時(shí)域和相應(yīng)的預(yù)估步數(shù)，若預(yù)估步數(shù)大于25，應(yīng)增大采樣周期，形成多預(yù)估時(shí)域與多周期預(yù)估控制策略；三種變量動(dòng)態(tài)反饋利用所有可得到的實(shí)測信息當(dāng)前值和歷史值進(jìn)行反饋和前饋，包括三種變量被控變量、(被控變量以外的可測)狀態(tài)變量、操作變量的反饋，可測干擾的預(yù)估前饋，形成多回路動(dòng)態(tài)反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；基于這一結(jié)構(gòu)特征，由被控對象的穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)時(shí)間，確定預(yù)估時(shí)域和相應(yīng)的預(yù)估步數(shù)，選定各反饋回路的反饋矩陣，不需準(zhǔn)確的被控對象的數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成魯棒預(yù)估控制器；適用于兩種控制要求將被控變量維持在給定值上的給定點(diǎn)控制和將被控變量維持在給定區(qū)域內(nèi)的區(qū)域控制；適用于被控變量和操作變量的數(shù)量隨對象運(yùn)行環(huán)境發(fā)生變化，在操作變量少于、等于或多于被控變量的各種情況間轉(zhuǎn)化時(shí)，使被控變量和操作變量均達(dá)到優(yōu)化值的控制與協(xié)調(diào)，為此，按被控變量預(yù)估值與其給定值或給定區(qū)域的偏差(預(yù)估偏差)的大小，設(shè)置多個(gè)區(qū)域，被控變量預(yù)估值處于不同區(qū)域時(shí)，采用不同控制策略或加權(quán)系數(shù)(非線性控制或非線性加權(quán))；當(dāng)操作變量少于被控變量時(shí)，有三種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)方法對被控變量預(yù)估偏差加權(quán)、選擇滿足不同控制要求的操作變量的中間值、或?qū)嵤┓旨壙刂?；在操作變量多于被控變量時(shí)，若優(yōu)化操作變量與控制被控變量的作用方向一致，按優(yōu)化的優(yōu)先級順序選擇操作變量進(jìn)行控制；當(dāng)控制和優(yōu)化的要求有矛盾時(shí)，若被控變量預(yù)估值處于大偏差區(qū)，選用響應(yīng)快的操作變量以迅速減小偏差；若被控變量預(yù)估值處于小偏差區(qū)，選用響應(yīng)較慢的操作變量維持小偏差，同時(shí)，以一定速率將需要優(yōu)化的操作變量推向其優(yōu)化值；根據(jù)被控對象的狀況，被控變量預(yù)估值所處的區(qū)域和被控變量數(shù)量的變化，操作變量的有效性(是否受限或是否允許使用)和相應(yīng)數(shù)量的變化，自動(dòng)選用不同被控變量與操作變量，按以下順序進(jìn)行協(xié)調(diào)使各變量不超限，使被控變量達(dá)到給定，使操作變量達(dá)到優(yōu)化；在線實(shí)時(shí)修改控制算法，適應(yīng)操作變量純滯后時(shí)間的變化。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對每個(gè)操作變量的調(diào)整量乘以衰減系數(shù)α，作為在線運(yùn)行時(shí)的主要調(diào)整參數(shù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對每個(gè)操作變量每次調(diào)整量的大小及其絕對值設(shè)置上下限約束，同時(shí)操作變量的調(diào)整量也不能使與其相關(guān)的變量超限。
全文摘要
通用多變量模型預(yù)估協(xié)調(diào)控制方法,屬自動(dòng)控制領(lǐng)域。可用實(shí)際得到的任一種被控過程的模型進(jìn)行預(yù)估,包括基于結(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)特性和響應(yīng)時(shí)間的通用魯棒預(yù)估控制器。具有校正時(shí)域的單值預(yù)估、利用所有可測變量進(jìn)行動(dòng)態(tài)反饋的多回路、多預(yù)估時(shí)域和多周期控制。適應(yīng)被控對象結(jié)構(gòu)變化,自動(dòng)選用不同被控變量與操作變量的配對,在變量不超限的條件下,對被控變量和操作變量達(dá)到優(yōu)化進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)。適應(yīng)被控對象特性的變化,在純滯后時(shí)間變化時(shí),自動(dòng)修改控制算法。
文檔編號G05B17/00GK1231436SQ9910554
公開日1999年10月13日 申請日期1999年4月14日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月14日
發(fā)明者袁璞 申請人:袁璞