一种工业过程新型混杂受限模型预测跟踪控制优化设计方法
专利汇可以提供一种工业过程新型混杂受限模型预测跟踪控制优化设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种工业过程新型混杂受限模型预测 跟踪 控制优化设计方法，属于工业过程的 先进控制 领域，包括以下步骤：步骤1、建立新型工业过程多胞型离散切换系统模型，步骤2、模型预测跟踪控制最小-最大优化设计。本发明的有益效果为：本发明将多阶段工业过程输入输出模型转 化成 含有多胞切换系统模型，此模型是原有系统在“最差”情况下的新型表示，针对这样的模型，将其转化为由系统状态误差及输出跟踪误差构成的扩展新型 状态空间 模型，在此模型下，基于切换模式的容错预测 控制器 得以设计，此控制器是克服最大干扰使得性能指标上界最小时的最小控制输入，在一定程度上实现高精控制和节能减耗的目标。，下面是一种工业过程新型混杂受限模型预测跟踪控制优化设计方法专利的具体信息内容。
1.一种工业过程新型混杂受限模型预测跟踪控制优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、建立新型工业过程多胞型离散切换系统模型，具体如下：
1.1 基于具有多面体不确定性的第i个阶段工业过程离散系统模型输入输出模型可描述如下：
其中t表示当前时刻，yi(t)∈Rn表示i阶段模型的输出量；ui(t)∈Rm表示i阶段模型的输入量； 是参数；
1.2 引入差分算子V，模型转换如下：
1.3 定义新的状态变量形式Vxi(t)：
Δxi(t)＝[Δyi(t),Δyi(t-1),…Δyi(t-m+1),Δui(t-1),Δui(t-2)…Δui(t-n+1)]T (3)
1.4 构造第i阶段的状态空间模型：
其中：
假设 这里 表示存在L个非负系数
1.5 定义跟踪误差：
ei(t)＝yi(t)-ri(t) (6)且
i i
其中r(t)为第i阶段期望输出，Vr(t+1)为0；
1.6 结合跟踪误差对原系统进行扩维，zi(t)为新引入的状态变量，扩维后的状态空间模型如下：
其中： 0具有适当
维数的零矩阵，式(5)中的 可转换为以下描述：
且
1.7 结合切换信号与扩维模型后的新型切换系统模型如下：
其中σ(t)：Z+→n＝{1，2…P}为模型的切换信号，与时间或系统状态相关，或与状态及时间均相关；
步骤2、模型预测跟踪控制最小-最大优化设计，具体如下：
2.1 针对第i阶段选取相关的性能指标函数如下：
约束条件：
其中，ΔU(t)表示未来控制输入增量的集合， 表示相关的约
束条件，Qi,Ri表示权重矩；
2.2 将式(10)中的成本函数分为两部分，被重新描述为：
公式(12)中s＝0,1...,N-1；
公式(13)中s≥N，其中ΔU1i(t)是ΔUi(t),...,ΔUi(t+N-1)的集合，以及ΔU2i(t)是ΔUi(t+N),...,ΔUi(t+∞)的集合，N是切换域；
2.3 针对步骤2.2中的性能指标函数，公式(7)转化为新的模式，基于式(7)中的模型，状态的预测可以表示如下：
(14)式可以重新描述为：
其中zi(t), 从(14)中获得；
2.4 为改进预测控制性能，对于式(13)中无限水平约束最小-最大优化问题，引入了线性状态反馈控制律：
Δui(t+s)＝Fi(t)zi(t+s),s≥N (16)
2.5 构造最小-最大优化设计。
2.根据权利要求1所述的一种工业过程新型混杂受限模型预测跟踪控制优化设计方法，其特征在于：所述步骤2.5的具体设计如下：
定义二次函数：
Vi(s,t)＝zi(t+s)TPi(s,t)zi(t+s),s≥N (17)
其中Pi(s,t)＞0，假设Vi(s,t)对 和s≥N满足以下鲁棒稳定性约
束：
对式(18)从s＝N到∞进行求和可得：
此时式(13)中优化问题等于Vi(N,t)的最小化，最后，将式(10)中的成本函数简化为：
关于 Fi(t)和Pi(N,t)，式(20)中的成本函数简化为：
其中 和
i
当且仅当对每个阶段存在L个对称正矩阵Pl时，等式(16)和(18)才是成立的；
同时
此时，令
和
那么式(21)中的成本函数可以改写为：
约束为式(11)和式(23)-式(35)；
应用Schur引理，式(23)-式(25)可以转换为如下LMIs：
定义 Fi(t)＝Yi(Gi)-1，然后式(27)转换为以下LMI：
对(28)式左乘矩阵diag[GiT 0 0 0 0]，右乘diag[GiT 0 0 0 0]的转置；以及由可得：
根据式(8)，转换以下多面体描述：
且
然后式(24)可以描述为以下LMI：
同样地， 可转换为以下描述：
且
然后式(25)可以描述为以下LMI：
因此，式(26)中的成本函数可以重写为：
约束为式(11),式(29)和式(33)；
对于式(11)中的约束，首先，已知时域之前的控制输入由 参数化；因此，获得以下约束：
其中 和 是由 和 构造的适维向量；
其次，超出控制输入时域的N由式(16)中的反馈控制律参数化，可以得到以下公式(36)-(37)；
为了满足式(11)中对所有s≥N的约束并保持系统的稳定性，存在L个对称矩阵和两个矩阵{G,Y}，并且满足式(29)以及
其中 和
因此，整个优化问题由下式给出：
约束为式(11)、式(29)-(33)和式(35)-(37)。
一种工业过程新型混杂受限模型预测跟踪控制优化设计方法
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具体实施方式
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