多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法技术

本发明专利技术公开了一种多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法，包括以下步骤：(1)根据反应物系特征和目标产物的产率最大进行操作优化设计，确定被控变量最佳的设定轨迹；(2)单批次间歇反应器反馈PI控制器的设计；(3)多批次迭代学习反馈控制器设计：在给定批次内反馈控制方法后，将反馈控制与迭代控制结合，设计多批次迭代学习控制方法。(4)二维迭代学习反馈控制参数调节：根据实际控制的动态跟踪性能合理调节二维迭代学习反馈控制的参数。本发明专利技术给出的一种多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法，有效地解决了传统控制器无法充分利用先前批次信息进行迭代，造成系统收敛性、稳定性差的问题，且具有较好的鲁棒性，和具有抑制多种扰动的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化学工程与过程控制交叉学科，属于间歇工业生产过程的自动控制领域，涉及多批次间歇反应器控制系统设计，具体涉及多批次间歇反应器，专利技术一种多批次二维迭代反馈控制方法。
技术介绍
间歇反应器是间歇化工生产的核心单元，具有较大的灵活性，可以随市场需求变化，在同一设备内以不同的操作条件，进行不同的反应，生产不同的产品。而间歇过程受多工序、时变性及工序运行时间不确定等诸多因素影响，间歇过程控制比连续过程更加复杂，传统的连续过程控制方法无法直接应用于间歇反应过程控制中。本专利技术对工业过程中最常用的间歇补料反应过程，结合批次重复特性和过程动态特性，以二维(时域+批次)系统理论为基础，提供一种针对多批次间歇反应过程控制的二维迭代反馈控制方法，有效地解决了对于重复操作的系统，传统负反馈控制器对于每一个批次的相同扰动都会给出相同的控制作用，批次之间没有自学习能力的不足等问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种针对多批次间歇反应器控制的二维迭代反馈控制方法。本专利技术给出间歇反应器控制的二维迭代反馈控制方法，利用间歇过程的重复性，采用批次之间的迭代学习控制来优化实际过程广泛使用的PI控制器，有效地解决了对于重复操作的系统，传统负反馈控制器对于每一个批次的相同扰动都会给出相同的控制作用，控制器无法充分利用先前的批次信息进行迭代学习，造成系统收敛性、稳定性差等问题。本专利技术给出的控制方法具有较好的鲁棒性，可有效抑制多种扰动，从而保证不同批次的产品质量及其一致性。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法，包括以下步骤：(1)确定被控变量最佳的设定轨迹：根据间歇反应过程的物系特征和实际工艺操作流程，利用化工流程模拟软件建立工艺流程模拟系统，并通过反应过程目标产物的产率最大进行操作优化，确定间歇反应过程被控变量的最佳设定轨迹。(2)单批次间歇反应器反馈控制器设计：将上述被控变量的最佳设定轨迹作为反馈
控制器的设定值，根据间歇反应过程动态特性，设计PI控制器，并通过合理整定PI控制器的参数，实现系统输出初步跟踪上述设定值。(3)多批次迭代学习控制方法设计：在给定批次内温度反馈控制方法后，设计多批次迭代学习控制方法；所述的迭代学习控制方法设计包括确定反馈控制的系数、将反馈控制与迭代控制结合。所述确定反馈控制的系数：采用内模控制法确定反馈控制的系数，引入如下PI控制器： e ‾ ( t , k ) = u 0 + K 1 e ‾ ( t , k ) + K 2 I ‾ e ( t , k ) ]]> e ‾ ( t , k ) = y r ( t , k ) - y ( t , k ) ]]> I ‾ e ( t , k ) = I ‾ e ( t - 1 , k ) + e ‾ ( t , k ) ]]>其中，u0表示控制信号初值；表示该设定值与输出值之间的偏差；表示偏差的积分；yr(t，k)为被控变量的最佳设定轨迹；y(t，k)为被控变量的实际输出；K1和K2表示控制器比例和积分可调参数。选择内模控制方法，可得PI控制器的形式如下： C ( s ) = τ s + 1 k p λ s = k c + k i s ]]>其中，kc＝τ/(kiλ)，ki＝1/(kpλ)。得到离散控制系统的PI控制律：u0＝0，K1＝kc，K2＝Tski。所述将反馈控制与迭代控制结合：由迭代学习控制更新不同批次中PI控制器的设定值轨迹yr(t，k)，如下式： y r ( t , k ) = y r ( t , k - 1 ) + L 1 [ I ‾ e ( t - 1 , k ) - I ‾ e ( t - 1 , k - 1 ) ] + L 2 e ( t + 1 , k - 1 ) ]]>其中，L1和L2是学习增益矩阵。通过上一批次的跟踪误差和批次方向余差的积分变化来优化设定值。多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法，其结构如图1所示。该系统是由一个对象和二维控制器组成，虚线部分表示存储器中的上一批次信息，而实线部分表示系统实时信息。二维迭代学习反馈控制参数调节：根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定被控变量最佳的设定轨迹：根据间歇反应过程的物系特征和实际工艺操作流程，利用化工流程模拟软件建立工艺流程模拟系统，并通过反应过程目标产物的产率最大进行操作优化设计，确定间歇反应过程被控变量的最佳设定轨迹；(2)单批次间歇反应器反馈控制器设计：将上述被控变量的最佳设定轨迹作为反馈控制器的设定值，根据间歇反应过程动态特性，设计PI控制器，并通过合理整定PI控制器的参数，实现系统输出初步跟踪上述设定值；(3)多批次迭代学习反馈控制器设计：在第一批次间歇反应器PI控制的基础上，同时利用“时域+批次”二维信息，将多批次迭代学习控制策略与批内PI控制策略相结合，设计多批次迭代学习反馈控制器，提高闭环系统对设定值的快速跟踪能力以及对重复扰动的抑制能力；(4)二维迭代学习反馈控制参数调节：根据实际控制的动态跟踪性能合理调节二维迭代学习反馈控制器的学习增益参数。

【技术特征摘要】
1.一种多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法，其特征在于包括以下步骤：(1)确定被控变量最佳的设定轨迹：根据间歇反应过程的物系特征和实际工艺操作流程，利用化工流程模拟软件建立工艺流程模拟系统，并通过反应过程目标产物的产率最大进行操作优化设计，确定间歇反应过程被控变量的最佳设定轨迹；(2)单批次间歇反应器反馈控制器设计：将上述被控变量的最佳设定轨迹作为反馈控制器的设定值，根据间歇反应过程动态特性，设计PI控制器，并通过合理整定PI控制器的参数，实现系统输出初步跟踪上述设定值；(3)多批次迭代学习反馈控制器设计：在第一批次间歇反应器PI控制的基础上，同时利用“时域+批次”二维信息，将多批次迭代学习控制策略与批内PI控制策略相结合，设计多批次迭代学习反馈控制器，提高闭环系统对设定值的快速跟踪能力以及对重复扰动的抑制能力；(4)二维迭代学习反馈控制参数调节：根据实际控制的动态跟踪性能合理调节二维迭代学习反馈控制器的学习增益参数。2.根据权利要求1所述的“一种多批次间歇反应器二维迭代学习反馈控制方法”，其特征在于所述确定反馈控制的系数：采用内模控制法确定反馈控制的系数，引入离散控制系统的PI控制器： e ‾ ( t , k ) = u 0 + K 1 e ‾ ( t , k ) + K 2 I ‾ e ( t , k ) ]]> e ‾ ( t , k ) = y r ( t , k ) - y ( t , k ) ]]> I ‾ e ( t , k ) = I ‾ e ( t - 1 , k ) + e ‾ ( t , k ) ]]>其中，u0表示控制信号初值；表示该设定值与输出值之间的偏差；表示偏差的积分；yr(t，k)为被控变量的最佳设定轨迹；yr(t，k)为被控变量的实际输出；K1和K2表示控制器比例和积分可调参数；采用内模控制方法，确定PI控制器调节参数K1和K2： C ( s ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄翠梅，牛超，李俊，郭伟，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32