基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法   0    0

本发明公开了一种基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法，包括如下步骤：步骤1.将化工互联系统分割成多个子系统，并建立子系统模型及子系统通信协议；步骤2.设计分散式故障检测方式；步骤3.设计分散式状态反馈控制器。本发明假定只有当两个子系统的实际状态与期望状态的误差都超过设定阈值时才发生通信，有效的隔离了故障的传播。基于此通信协议设计了故障检测方案，当系统检测到故障后，利用分散式状态反馈控制，将子系统的状态进行线性变换，得到分散式状态反馈控制率，将该控制率作用于此系统时，系统的状态能够收敛到原点附近的邻域内，确保各子系统稳定运行。若各子系统都是稳定运行的，则化工互联系统也是稳定运行的。

1.一种基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤
1.将化工互联系统分割成多个子系统，并建立子系统模型及子系统通信协议；
步骤
2.设计分散式故障检测方式；
步骤
3.设计分散式状态反馈控制器；
所述步骤1包括如下步骤：
1‑
1.建立第i(i＝1,2,...n)个子系统模型为：
其中 表示第i个子系统的状态向量， 表示
整个系统的状态，ui表示第i个子系统的控制输入，其中fi(ui)为足够光滑函数，fi(0)＝0；
为未知函数，表示第i个子系统和第j(j＝1,2,...n)个子系统之间的互联效应，且hi(x,ui,t)表示子系统i的外部扰动函数，hi是有界扰动；Ω(t‑Ti)表示在未知时刻Ti发生的扰动对应的扰动系数分布；
其中Di＞0是表示扰动发生率的未知常数；Di值较大则表示突发性故障，而相对较小的Di值表示缓慢发生的故障；
1‑
2.建立子系统i的局部标称模型
其中
f0i(ui)是已知的局部边界函数，表示fi的建模不确定性的边界；
1‑
3.建立子系统的状态跟踪误差方程
令 为xi的参考轨迹矢量，则子系统i的状态跟踪误差方程为：
1‑
4.建立子系统间的通信协议
如果两个子系统i和子系统j的跟踪误差xi和xj都超过各自设定的阈值di和dj，则子系统i和子系统j交换状态信息xi和xj,否则其它子系统将改用已知的期望状态 和定义协议函数Gi：
当Gi(t)Gj(t)＝1时子系统i和子系统j之间才发生通信，且Gi(t)Gj(t)＝Gj(t)Gi(t)。

2.如权利要求1所述基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法，其特征在于：
所述步骤2具体包括如下步骤：
2‑
1.建立子系统i的估计量模型
假设互联函数 的泰勒展开后的高阶项对所有i≠j都满足
其中Lij是已知常数， 是欧几里得范数；
令
为子系统i的估计量模型，其中
其中， 是第i个子系统的估计状态，满足 κi＞0是自定义的标量，
是估计误差，用于故障检测；
2‑
2.定义故障检测阈值Ri(t)
其中
如果|εi(td)|≥Ri(td)，则在td时刻发生故障，系统发出警报。

3.如权利要求2所述基于化工过程的性能估计与分散式状态反馈控制方法，其特征在于：
所述步骤3具体包括如下步骤：
3‑
1.对步骤1‑1子系统模型进行线性变换
令 li为待定正常数，作模型的线性变换 其中
则系统模型可化为
3‑
2.设计分散状态反馈控制律
假设fi'(0)＝0， 其中γi为某个正奇数；
令分散状态反馈控制律为
3‑
3.将步骤3‑2的分散状态反馈控制律代入步骤3‑1变换后的子系统模型，可使得：
(1)当扰动hi(x,ui,t)＝0时，变换后的子系统i是渐近稳定的；
(2)当扰动hi(x,ui,t)≠0时，变换后的子系统i的解 有界，且收敛到原点的一个小邻域内，该邻域与扰动的界有关，扰动的界越小，该邻域越小；
3‑
4.由于线性变换具有等价性，从步骤3‑3可知：
(1)当扰动hi(x,ui,t)＝0时，子系统i是渐近稳定的；
(2)当扰动hi(x,ui,t)≠0时，子系统i的解x(t)有界，且收敛到原点的一个小邻域内，该邻域与扰动的界有关，扰动的界越小，该邻域越小。