一種多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)估方法及評(píng)估系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請要求申請日為2014年8月12日、申請?zhí)枮?01410395386. 0、名稱為一種多 變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)估方法的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及計(jì)算、推算技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于多模型混合時(shí)變最小方差的 多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)性能評(píng)估方法及評(píng)估系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003] 工業(yè)過程中各控制變量相互耦合，控制系統(tǒng)大多為多變量控制系統(tǒng)。此外，控制系 統(tǒng)中多個(gè)時(shí)變擾動(dòng)可能同時(shí)出現(xiàn)。如何對多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的性能評(píng)估，在 此基礎(chǔ)上進(jìn)行策略改進(jìn)，使工藝過程運(yùn)行在最佳狀態(tài)，以提高企業(yè)工藝安全性與經(jīng)濟(jì)效益， 具有重要意義。
[0004] Harris T在1989年首次提出利用最小方差控制得到的方差作為性能評(píng)估的基 準(zhǔn)。對于多時(shí)變擾動(dòng)控制系統(tǒng)，多模型方法是一種有效的解決不確定性等系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性隨 工況發(fā)生變化的復(fù)雜工業(yè)過程控制的方法。多模型切換方法雖能有效解決多擾動(dòng)系統(tǒng)控制 問題，但當(dāng)同一時(shí)刻有多個(gè)擾動(dòng)時(shí)，多模型切換方法在實(shí)際間歇切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的暫態(tài) 誤差。多模型混合方法是解決多個(gè)模型切換時(shí)存在暫態(tài)誤差問題的一種有效方法。
[0005] 2014年，張巍等將多模型混合的思想應(yīng)用到系統(tǒng)性能評(píng)估，提出了基于多模型混 合最小方差控制的時(shí)變擾動(dòng)控制系統(tǒng)性能評(píng)估方法。其表明了多模型混合評(píng)估方法評(píng)估結(jié) 果與多模型切換評(píng)估方法評(píng)估結(jié)果基本相同，又很好地解決了多模型切換方法因間歇切換 產(chǎn)生的暫態(tài)誤差對系統(tǒng)性能評(píng)估不利影響問題。但該方法只針對單變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)且 并未考慮當(dāng)擾動(dòng)模型變化時(shí)如何對多擾動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效的性能評(píng)估。在多變量系統(tǒng)性能評(píng) 估領(lǐng)域中，對多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)性能評(píng)估相關(guān)研究較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了一種多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能 評(píng)估方法及評(píng)估系統(tǒng)。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] A、根據(jù)每一時(shí)刻參與多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)擾動(dòng)作用的擾動(dòng)模型制定每一擾動(dòng) 作用時(shí)刻的多變量單模型時(shí)變最小方差控制器；
[0009] 其中，獲取多變量單模型時(shí)變最小方差控制器步驟如下：
[0010] S11、根據(jù)每一個(gè)多變量擾動(dòng)模型計(jì)算每一擾動(dòng)作用時(shí)刻在該擾動(dòng)作用下的多變 量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的多變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)；
[0011] S12、對多變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)進(jìn)行丟番圖分解；
[0012] S13、將分解得到的丟番圖方程代入傳遞函數(shù)，根據(jù)最小方差控制準(zhǔn)則，得到多變 量單模型時(shí)變最小方差控制器；
[0013] B、在每個(gè)擾動(dòng)作用時(shí)刻利用多變量單模型時(shí)變最小方差控制器混合得到多變量 多模型時(shí)變最小方差控制器；
[0014] C、將多變量多模型時(shí)變最小方差控制器作用下輸出的平均方差作為性能評(píng)估基 準(zhǔn)來評(píng)估所述多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能。
[0015] 較佳的，在每個(gè)擾動(dòng)作用時(shí)刻利用多變量單模型時(shí)變最小方差控制器混合得到多 變量多模型時(shí)變最小方差控制器，包括：
[0016] 當(dāng)多個(gè)時(shí)變擾動(dòng)\t，\t，...，Nnit作用于多變量系統(tǒng)，T i，T2, ...，Tn為每個(gè)擾動(dòng)作 用時(shí)間段，T1, T2,. . .，Tn兩兩之間可重疊且T = U T D i = 1，2,. . .，n，針對第i個(gè)擾動(dòng)模型 設(shè)計(jì)的多變量單模型時(shí)變最小方差控制器為Qlit，則基于每個(gè)時(shí)變擾動(dòng)的多變量單模型時(shí) 變最小方差控制準(zhǔn)則分別為：
[0017] Ut=-Qltyt,iftGT1
[0018] Ut=-Q2ityt,iftGT2
[0019] ?
[0020] ?
[0021] ?
[0022] Ut=-Qn,tyt)iftGTn
[0023] 設(shè)多模型時(shí)變最小方差控制器為Qt，則
[0024] Ut=-Qtyt
[0025] Qt=a1(t)Qlt+a2(t)Q2 t+. ..+an(t)Qnt
[0026] 公式中a : (t)，a 2 (t)，. . .，a n (t)為相應(yīng)多變量單模型時(shí)變最小方差控制器的混 合權(quán)重，當(dāng)t G T時(shí)，a i⑴滿足下面等式：
[0027] '(X.j(?)： = 〇..tiTj,i-ii.,Tl
[0033]U1山為Ti區(qū)間的上下限，即TUKt彡UJ;
[0034] 以W的選取使毛(t)滿足連續(xù)可微條件、Ct1U)彡0、《#)=(U 與 a i (t) + a 2 ⑴ +? ? ? + a n (t) = 1 〇
[0035] 較佳的，將多變量多模型時(shí)變最小方差控制器作用下輸出的平均方差作為性能評(píng) 估基準(zhǔn)，包括：

[0038] 式中，m為多變量控制系統(tǒng)被控變量的個(gè)數(shù)，巧l/m，是多變量多模型時(shí)變最小方差 控制作用下第j個(gè)被控變量的輸出方差，A為實(shí)際控制器控制作用下第j個(gè)被控變量的輸 出方差，性能評(píng)估基準(zhǔn)中，〇< nj<i。
[0039] 本發(fā)明還提供另外一種多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)估方法，所述多變量多時(shí) 變擾動(dòng)系統(tǒng)為乙烯裂解爐控制系統(tǒng)，包括以下步驟：
[0040] D、根據(jù)每一時(shí)刻參與乙烯裂解爐控制系統(tǒng)擾動(dòng)作用的擾動(dòng)模型制定每一擾動(dòng)作 用時(shí)刻的多變量單模型時(shí)變最小方差控制器；
[0041] 其中，獲取多變量單模型時(shí)變最小方差控制器步驟如下：
[0042] S21、根據(jù)每一個(gè)多變量擾動(dòng)模型計(jì)算每一擾動(dòng)作用時(shí)刻在該擾動(dòng)作用下的多變 量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的多變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)；
[0043] S22、對多變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)進(jìn)行丟番圖分解；
[0044] S23、將分解得到的丟番圖方程代入傳遞函數(shù)，根據(jù)最小方差控制準(zhǔn)則，得到多變 量單模型時(shí)變最小方差控制器；
[0045] E、在每個(gè)擾動(dòng)作用時(shí)刻利用多變量單模型時(shí)變最小方差控制器混合得到多變量 多模型時(shí)變最小方差控制器；
[0046] F、將多變量多模型時(shí)變最小方差控制器作用下輸出的平均方差作為性能評(píng)估基 準(zhǔn)來評(píng)估所述乙烯裂解爐控制系統(tǒng)的性能。
[0047] 其中：多變量包括：乙烯收率、丙烯收率、進(jìn)料流量、平均出口溫度、裂解爐汽烴 比、油品屬性、橫跨溫度中的任意兩種或多種。
[0048] 較佳地，所述在每個(gè)擾動(dòng)作用時(shí)刻利用多變量單模型時(shí)變最小方差控制器混合得 到多變量多模型時(shí)變最小方差控制器，包括：
[0049]當(dāng)多個(gè)時(shí)變擾動(dòng)\t，\t，...，Nnit作用于多變量系統(tǒng)，T i，T2, ...，Tn為每個(gè)擾動(dòng)作 用時(shí)間段，T1, T2,. . .，Tn兩兩之間可重疊且T = U T D i = 1，2,. . .，n，針對第i個(gè)擾動(dòng)模型 設(shè)計(jì)的多變量單模型時(shí)變最小方差控制器為Qlit，則基于每個(gè)時(shí)變擾動(dòng)的多變量單模型時(shí) 變最小方差控制準(zhǔn)則分別為：
[0050]Ut=-Q l tyt, if t G T1
[0051]Ut=-Q2ityt, if t G T2
[0052] ?
[0053] ?
[0054] ?
[0055]Ut=_Qn tyt, if t G Tn
[0056] 設(shè)多模型時(shí)變最小方差控制器為Qt，則
[0057]Ut=-Qtyt
[0058] Qt= a 1(t)Ql t+a 2(t)Q2t+.. .+a n(t)Qn t
[0059] 公式中a i (t)，a 2 (t)，. . .，a n⑴為相應(yīng)多變量單模型時(shí)變最小方差控制器的混 合權(quán)重，當(dāng)t G T時(shí)，a i⑴滿足下面等式：
[0060] a({t)=D:,tf'TlfI= 1*? . . ,：, /?
[0061] a "t), a 2(t), ? ? ?，a n(t)彡 0
[0062] a j(t)+a 2 (t)+.. .+a n(t)=I
[0066] Ui, T ;區(qū)間的上下限，即 T;= {t:L A t 彡 U J;
[0067] 史的選取使免⑴滿足連續(xù)可微條件、a ; (t)彡0、％(:t) = (? / 1:，2,…，/? 與 a i (t) + a 2 ⑴ +? ? ? + a n (t) = 1 〇
[0068] 較佳地，所述將多變量多模型時(shí)變最小方差控制器作用下輸出的平均方差作為性 能評(píng)估基準(zhǔn)來評(píng)估所述乙烯裂解爐控制系統(tǒng)的性能，包括：
[0071] 式中，m為乙烯裂解爐控制系統(tǒng)被控變量的個(gè)數(shù)，是多變量多模型時(shí)變最小 方差控制作用下第j個(gè)被控變量的輸出方差，為實(shí)際控制器控制作用下第j個(gè)被控變量 的輸出方差，性能評(píng)估基準(zhǔn)中，〇< H 1。
[0072] 本發(fā)明還提供一種多變量多時(shí)變擾動(dòng)系統(tǒng)的性能評(píng)估系統(tǒng)，其包括：
[0073] 多變量單模型時(shí)變最小方差控制器制定單元，其包括：多變量擾動(dòng)函數(shù)計(jì)算單元、 丟番圖分解單元以及多變量單模型時(shí)變最小方差控制器生成單元；其中：所述多變量擾動(dòng) 函數(shù)計(jì)算單元用于根據(jù)每一多變量擾動(dòng)模型計(jì)算每一擾動(dòng)作用時(shí)刻在該擾動(dòng)作用下的多 變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)；所述丟番圖分解單元用于對所述多變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)進(jìn)行丟番圖分 解；所述多變量單模型時(shí)變最小方差控制器生成單元用于將分解得到的所述丟番圖代入 所述多變量擾動(dòng)傳遞函數(shù)，根據(jù)最小方差控制準(zhǔn)則，得到多變量單模型時(shí)變最小方差控制 器；
[0074]多變量多模型時(shí)變最小方差控制器制定單元，用于在每個(gè)擾動(dòng)作用時(shí)刻利用多變 量單模型時(shí)變最小方差控制器混合得到多變量多模型時(shí)變最小方差控制器；
[0075] 性能評(píng)估單元，用于將多變量多模型時(shí)變最小方差控制器作用下輸出的平均方差 作為性能評(píng)估基準(zhǔn)來評(píng)估所述多變量多時(shí)變