一种多变量多时变扰动系统的性能评估方法及评估系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请要求申请日为2014年8月12日、申请号为201410395386. 0、名称为一种多 变量多时变扰动系统的性能评估方法的优先权。
技术领域
[0002] 本发明涉及计算、推算技术领域，特别涉及一种基于多模型混合时变最小方差的 多变量多时变扰动系统性能评估方法及评估系统。
【背景技术】
[0003] 工业过程中各控制变量相互耦合，控制系统大多为多变量控制系统。此外，控制系 统中多个时变扰动可能同时出现。如何对多变量多时变扰动系统进行有效的性能评估，在 此基础上进行策略改进，使工艺过程运行在最佳状态，以提高企业工艺安全性与经济效益， 具有重要意义。
[0004] Harris T在1989年首次提出利用最小方差控制得到的方差作为性能评估的基 准。对于多时变扰动控制系统，多模型方法是一种有效的解决不确定性等系统动态特性随 工况发生变化的复杂工业过程控制的方法。多模型切换方法虽能有效解决多扰动系统控制 问题，但当同一时刻有多个扰动时，多模型切换方法在实际间歇切换时会产生较大的暂态 误差。多模型混合方法是解决多个模型切换时存在暂态误差问题的一种有效方法。
[0005] 2014年，张巍等将多模型混合的思想应用到系统性能评估，提出了基于多模型混 合最小方差控制的时变扰动控制系统性能评估方法。其表明了多模型混合评估方法评估结 果与多模型切换评估方法评估结果基本相同，又很好地解决了多模型切换方法因间歇切换 产生的暂态误差对系统性能评估不利影响问题。但该方法只针对单变量多时变扰动系统且 并未考虑当扰动模型变化时如何对多扰动系统进行有效的性能评估。在多变量系统性能评 估领域中，对多时变扰动系统性能评估相关研究较少。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种多变量多时变扰动系统的性能 评估方法及评估系统。本发明通过以下技术方案实现：
[0007] -种多变量多时变扰动系统的性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008] A、根据每一时刻参与多变量多时变扰动系统扰动作用的扰动模型制定每一扰动 作用时刻的多变量单模型时变最小方差控制器；
[0009] 其中，获取多变量单模型时变最小方差控制器步骤如下：
[0010] S11、根据每一个多变量扰动模型计算每一扰动作用时刻在该扰动作用下的多变 量多时变扰动系统的多变量扰动传递函数；
[0011] S12、对多变量扰动传递函数进行丢番图分解；
[0012] S13、将分解得到的丢番图方程代入传递函数，根据最小方差控制准则，得到多变 量单模型时变最小方差控制器；
[0013] B、在每个扰动作用时刻利用多变量单模型时变最小方差控制器混合得到多变量 多模型时变最小方差控制器；
[0014] C、将多变量多模型时变最小方差控制器作用下输出的平均方差作为性能评估基 准来评估所述多变量多时变扰动系统的性能。
[0015] 较佳的，在每个扰动作用时刻利用多变量单模型时变最小方差控制器混合得到多 变量多模型时变最小方差控制器，包括：
[0016] 当多个时变扰动\t，\t，...，Nnit作用于多变量系统，T i，T2, ...，Tn为每个扰动作 用时间段，T1, T2,. . .，Tn两两之间可重叠且T = U T D i = 1，2,. . .，n，针对第i个扰动模型 设计的多变量单模型时变最小方差控制器为Qlit，则基于每个时变扰动的多变量单模型时 变最小方差控制准则分别为：
[0017] Ut=-Qltyt,iftGT1
[0018] Ut=-Q2ityt,iftGT2
[0019] ?
[0020] ?
[0021] ?
[0022] Ut=-Qn,tyt)iftGTn
[0023] 设多模型时变最小方差控制器为Qt，则
[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)为相应多变量单模型时变最小方差控制器的混 合权重，当t G T时，a i⑴满足下面等式：
[0027] '(X.j(?)： = 〇..tiTj,i-ii.,Tl
[0033]U1山为Ti区间的上下限，即TUKt彡UJ;
[0034] 以W的选取使毛(t)满足连续可微条件、Ct1U)彡0、《#)=(U 与 a i (t) + a 2 ⑴ +? ? ? + a n (t) = 1 〇
[0035] 较佳的，将多变量多模型时变最小方差控制器作用下输出的平均方差作为性能评 估基准，包括：
[0038] 式中，m为多变量控制系统被控变量的个数，巧l/m，是多变量多模型时变最小方差 控制作用下第j个被控变量的输出方差，A为实际控制器控制作用下第j个被控变量的输 出方差，性能评估基准中，〇< nj<i。
[0039] 本发明还提供另外一种多变量多时变扰动系统的性能评估方法，所述多变量多时 变扰动系统为乙烯裂解炉控制系统，包括以下步骤：
[0040] D、根据每一时刻参与乙烯裂解炉控制系统扰动作用的扰动模型制定每一扰动作 用时刻的多变量单模型时变最小方差控制器；
[0041] 其中，获取多变量单模型时变最小方差控制器步骤如下：
[0042] S21、根据每一个多变量扰动模型计算每一扰动作用时刻在该扰动作用下的多变 量多时变扰动系统的多变量扰动传递函数；
[0043] S22、对多变量扰动传递函数进行丢番图分解；
[0044] S23、将分解得到的丢番图方程代入传递函数，根据最小方差控制准则，得到多变 量单模型时变最小方差控制器；
[0045] E、在每个扰动作用时刻利用多变量单模型时变最小方差控制器混合得到多变量 多模型时变最小方差控制器；
[0046] F、将多变量多模型时变最小方差控制器作用下输出的平均方差作为性能评估基 准来评估所述乙烯裂解炉控制系统的性能。
[0047] 其中：多变量包括：乙烯收率、丙烯收率、进料流量、平均出口温度、裂解炉汽烃 比、油品属性、横跨温度中的任意两种或多种。
[0048] 较佳地，所述在每个扰动作用时刻利用多变量单模型时变最小方差控制器混合得 到多变量多模型时变最小方差控制器，包括：
[0049]当多个时变扰动\t，\t，...，Nnit作用于多变量系统，T i，T2, ...，Tn为每个扰动作 用时间段，T1, T2,. . .，Tn两两之间可重叠且T = U T D i = 1，2,. . .，n，针对第i个扰动模型 设计的多变量单模型时变最小方差控制器为Qlit，则基于每个时变扰动的多变量单模型时 变最小方差控制准则分别为：
[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] 设多模型时变最小方差控制器为Qt，则
[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为相应多变量单模型时变最小方差控制器的混 合权重，当t G T时，a i⑴满足下面等式：
[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 ;区间的上下限，即 T;= {t:L A t 彡 U J;
[0067] 史的选取使免⑴满足连续可微条件、a ; (t)彡0、％(:t) = (? / 1:，2,…，/? 与 a i (t) + a 2 ⑴ +? ? ? + a n (t) = 1 〇
[0068] 较佳地，所述将多变量多模型时变最小方差控制器作用下输出的平均方差作为性 能评估基准来评估所述乙烯裂解炉控制系统的性能，包括：
[0071] 式中，m为乙烯裂解炉控制系统被控变量的个数，是多变量多模型时变最小 方差控制作用下第j个被控变量的输出方差，为实际控制器控制作用下第j个被控变量 的输出方差，性能评估基准中，〇< H 1。
[0072] 本发明还提供一种多变量多时变扰动系统的性能评估系统，其包括：
[0073] 多变量单模型时变最小方差控制器制定单元，其包括：多变量扰动函数计算单元、 丢番图分解单元以及多变量单模型时变最小方差控制器生成单元；其中：所述多变量扰动 函数计算单元用于根据每一多变量扰动模型计算每一扰动作用时刻在该扰动作用下的多 变量扰动传递函数；所述丢番图分解单元用于对所述多变量扰动传递函数进行丢番图分 解；所述多变量单模型时变最小方差控制器生成单元用于将分解得到的所述丢番图代入 所述多变量扰动传递函数，根据最小方差控制准则，得到多变量单模型时变最小方差控制 器；
[0074]多变量多模型时变最小方差控制器制定单元，用于在每个扰动作用时刻利用多变 量单模型时变最小方差控制器混合得到多变量多模型时变最小方差控制器；
[0075] 性能评估单元，用于将多变量多模型时变最小方差控制器作用下输出的平均方差 作为性能评估基准来评估所述多变量多时变