一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集、模型建立、優(yōu)化等手段，確立了一種焦化爐爐膛壓力穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法，利用該方法可以有效解決系統(tǒng)切換造成的不穩(wěn)定性難題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下具有良好的控制效果。
【專利說明】
一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際工業(yè)控制過程中，由于實(shí)際過程對(duì)象存在許多不為人所知的復(fù)雜的物理或 化學(xué)特性，對(duì)系統(tǒng)控制過程產(chǎn)生干擾。在很多實(shí)際系統(tǒng)中都是使用系統(tǒng)切換，例如，生態(tài)學(xué)、 工業(yè)工程學(xué)、化學(xué)工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)等。眾所周知，系統(tǒng)穩(wěn)定是工業(yè)過程的基礎(chǔ)，對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì)非常重要。切換系統(tǒng)是一類混合系統(tǒng)，通過子系統(tǒng)和規(guī)則進(jìn)行編排實(shí)現(xiàn)它們之間切換，可 以保證它是穩(wěn)定的。對(duì)于焦化加熱爐爐膛壓力的動(dòng)態(tài)特性，系統(tǒng)狀態(tài)反饋具有良好的控制 效果，解決了傳統(tǒng)控制方法切換造成的不穩(wěn)定性難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是針對(duì)焦化爐爐膛壓力對(duì)象的模型切換過程出現(xiàn)不穩(wěn)定這一問題， 通過數(shù)據(jù)采集、模型建立、優(yōu)化等手段，提供了一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè) 計(jì)方法。該方法通過采集過程對(duì)象的輸入輸出數(shù)據(jù)，使用切換信號(hào)優(yōu)化切換過程出現(xiàn)不穩(wěn) 定。該方法具有較高的精確性，能很好的改善過程對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過數(shù)據(jù)采集、模型建立、優(yōu)化等手段，確立了一種焦化爐爐 膛壓力穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法，利用該方法可以有效解決系統(tǒng)切換造成的不穩(wěn)定性難 題，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下具有良好的控制效果。
[0005] 本發(fā)明方法的步驟包括：
[0006] 步驟1、建立焦化爐爐膛壓力的狀態(tài)空間模型，具體方法是：
[0007] 1.1首先采集焦化爐爐膛壓力的輸入輸出數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)建立焦化爐爐膛壓力 的狀態(tài)空間模型，形式如下：
[0008] = +
[0009] y(t) =C〇(t)x(t)
[0010]其中，x(t)為焦化爐系統(tǒng)狀態(tài)，y (t)為焦化爐輸出壓力，ua(t) (t)為控制擋板開度，〇 (t) 為切換信號(hào)表示從[0,①)到有限集S={1，2,…，N}的映射，次⑴e W，eW'，ef， A0(t)為 Metzler 矩陣，對(duì)于每個(gè) 0(t)GS有，Ba(t)彡0，Ca(t)彡00
[0011] 步驟2、設(shè)計(jì)焦化爐爐膛壓力的狀態(tài)反饋控制器，具體步驟是：
[0012] 2.1設(shè)計(jì)切換信號(hào)〇(t)且0彡t<t2,滿足如下條件：
[0013] No(t2 , tl) ^;N〇+(t2_tl)/T*
[0014] 其中，仏(^2,1：1)為切換系統(tǒng)在(ti,t2)內(nèi)的切換次數(shù)，^>0為切換信號(hào)的平均駐留 時(shí)間（ADT)，N〇彡0。
[0015] 2 ? 2設(shè)計(jì)AP+BPKPCP，p G SMetzler矩陣，Kp為增益，切換序列為(Xt〇〈ti〈t2〈…，t G [tk，tk+1)，k eN在t e [ tk，tk+1)設(shè)計(jì)李雅普諾夫函數(shù)和其導(dǎo)數(shù)為：
[0018] 2.3設(shè)計(jì)常數(shù)0>〇,〇1，？和向量一4^41^，2^￡1^使其滿足如下條件 ：
[0024] 2.4設(shè)計(jì)加熱爐爐膛壓力系統(tǒng)雄)=4(/沖)，/6[0,00)的平衡點(diǎn)在適當(dāng)切換信號(hào)0 (t)下是全局一致指數(shù)穩(wěn)定(GUES)，對(duì)任意初始狀態(tài)x(tQ)，設(shè)計(jì)常數(shù)a和M吏其系統(tǒng)狀態(tài)響 應(yīng)滿足如下條件：
[0028] 2.5由步驟2.4可將上式轉(zhuǎn)化為：
[0031] 2.6依據(jù)步驟2.4和2.5可得如下不等式：
[0033]再結(jié)合步驟2.3,進(jìn)一步可以轉(zhuǎn)化為：
[0035] 2.7依據(jù)步驟2.3最后一個(gè)不等式，可得如下形式：
[0040]由 2.3 可得：
[0046] 2.8綜合步驟2.2到步驟2.7可以得到的焦化爐爐膛壓力狀態(tài)反饋控制量，形式如 下：
[0048]本發(fā)明提出了一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法。該方法建立了 系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，通過設(shè)計(jì)系統(tǒng)的李雅普諾夫函數(shù)來設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器，保證了系 統(tǒng)切換是穩(wěn)定的。
【具體實(shí)施方式】
[0049]以焦化爐爐膛壓力為實(shí)際對(duì)象，以煙道擋板的開度為輸入，以焦化爐爐膛壓力為 輸出，來建立焦化爐爐膛壓力的模型。
[0050]本發(fā)明方法的步驟包括：
[0051 ]步驟1、建立焦化爐爐膛壓力的狀態(tài)空間模型，具體方法是：
[0052] 1.1首先采集焦化爐爐膛壓力的輸入輸出數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)建立焦化爐爐膛壓力 的狀態(tài)空間模型，形式如下：
[0053] x(^^Aa{nx(t) + Ba{nii0{t](t)
[0054] y(t) =C〇(t)x(t)
[OO55 ]其中，x (t)為焦化爐系統(tǒng)狀態(tài)，y (t)為焦化爐輸出壓力，t) (t)為控制擋板開度，〇 (t) 為切換信號(hào)表示從[0,①)到有限集s={i，2,…，n}的映射，' A0(t)為 Metzler 矩陣，對(duì)于每個(gè) 0(t)GS有，Ba(t)彡0，Ca(t)彡00
[0056]步驟2、設(shè)計(jì)焦化爐爐膛壓力的狀態(tài)反饋控制器，具體步驟是：
[0057] 2.1設(shè)計(jì)切換信號(hào)〇(〇且0^^1^^2，滿足如下條件：
[0058] N〇(t2,ti) ^；N〇+(t2_ti)/T*
[0059] 其中爲(wèi)(t2，ti)為切換系統(tǒng)在(ti,t2)內(nèi)的切換次數(shù)，^>0為切換信號(hào)的平均駐留 時(shí)間（ADT)，N〇彡0。
[0060] 2 ? 2設(shè)計(jì)AP+BPKPCP，p G SMetzler矩陣，Kp為增益，切換序列為(Xt〇〈ti〈t2〈…，t G [tk，tk+1)，k eN在t e [ tk，tk+1)設(shè)計(jì)李雅普諾夫函數(shù)和其導(dǎo)數(shù)為：
[0061] Vi = xTv(l), i G S
[0063] 2.3設(shè)計(jì)常數(shù)P>0 1，9和向量v(p) G Rn，v(q> G Rn，z⑷G RM吏其滿足如下條件：
[0064] (A^ + pIn)v(p) + z(p) ^0
[0065] v(p)>0
[0069] 2.4設(shè)計(jì)加熱爐爐膛壓力系統(tǒng)尊)=4以⑴，/￡[0,00)的平衡點(diǎn)在適當(dāng)切換信號(hào)0 (t)下是全局一致指數(shù)穩(wěn)定(GUES)，對(duì)任意初始狀態(tài)x(tQ)，設(shè)計(jì)常數(shù)a和M吏其系統(tǒng)狀態(tài)響 應(yīng)滿足如下條件：

[0091 ] 2.8綜合步驟2.2到步驟2.7可以得到的焦化爐爐膛壓力狀態(tài)反饋控制量，形式如 下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種焦化爐爐膛壓力系統(tǒng)穩(wěn)定切換控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于該方法包括以下步 驟： 步驟1、建立焦化爐爐膛壓力的狀態(tài)空間模型，具體是： 步驟1.1首先采集焦化爐爐膛壓力的輸入輸出數(shù)據(jù)，利用該數(shù)據(jù)建立焦化爐爐膛壓力 的狀態(tài)空間模型，形式如下： 雄)=沖)+足⑴"。⑴(，） y(t)=C〇(t)x(t) 其中，x (t)為焦化爐系統(tǒng)狀態(tài)，y (t)為焦化爐輸出壓力，&⑴(t)為控制擋板開度，〇 (t)為切 換信號(hào)表示從[〇，m)到有限集S={1，2,…，N}的映射，f，：CCTe)e9T"， A〇(t)為Metzler 矩陣，對(duì)于每個(gè) 〇(t)GS有，Ba)彡0，(：。(*)彡0; 步驟2、設(shè)計(jì)焦化爐爐膛壓力的狀態(tài)反饋控制器，具體是： 步驟2.1設(shè)計(jì)切換信號(hào)〇(t)且0彡t<t2,滿足如下條件： No(t2 , tl) ^;N〇+(t2_tl)/x* 其中，rUtsA)為切換系統(tǒng)在(七山）內(nèi)的切換次數(shù)，？>〇為切換信號(hào)的平均駐留時(shí)間， No多0; 步驟2 ? 2設(shè)計(jì)AP+BPKPCP，p G SMetzler矩陣，KP為增益，切換序列為0<tQ〈ti〈t2〈…，t G [tk，tk+1)，k eN在t e [ tk，tk+1)設(shè)計(jì)李雅普諾夫函數(shù)和其導(dǎo)數(shù)為： Vi = xTv(l), i G S步驟2.3設(shè)計(jì)常數(shù)0>〇,〇1，(；和向量一41^，7(^￡1^，^1^￡1^使其滿足如下條件 ：其中，是給定的非零向量，且在平均駐留時(shí)間滿足步驟2.4設(shè)計(jì)加熱爐爐膛壓力系統(tǒng)雄)=e[0,°°)的平衡點(diǎn)在適當(dāng)切換信號(hào)。 (t)下是全局一致指數(shù)穩(wěn)定，對(duì)任意初始狀態(tài)x(tQ)，設(shè)計(jì)常數(shù)a和M吏其系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)滿足 如下條件：步驟2.5由步驟2.4可將上式轉(zhuǎn)化為：步驟2.6依據(jù)步驟2.4和2.5可得如下不等式：再結(jié)合步驟2.3，進(jìn)一步可以轉(zhuǎn)化為：步驟2.7依據(jù)步驟2.3最后一個(gè)不等式，可得如下形式：步驟2.8綜合步驟2.2到步驟2.7可以得到的焦化爐爐膛壓力狀態(tài)反饋控制量，形式如 下：
【文檔編號(hào)】G05B17/02GK106054667SQ201610372893
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月30日
【發(fā)明人】張俊鋒, 王玉中, 張日東
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)