專利名稱：：染色過程濕度優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于信息
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種染色過程中通過控制冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值來實(shí)現(xiàn)濕度優(yōu)化控制的方法，可用于印染行業(yè)。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代印染技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，印染企業(yè)對(duì)染色工藝合成品質(zhì)量要求越來越高。而染色過程的車間空氣濕度對(duì)坯布染色顏色的色度值影響很大，而現(xiàn)今印染企業(yè)的染色車間空氣濕度控制主要采用開環(huán)控制，急開急停，容易導(dǎo)致二通閥閥門損壞，也容易導(dǎo)致染色過程車間空氣濕度控制精度不高，最終導(dǎo)致坯布染色顏色色度值誤差很大，不適合印染企業(yè)信息化發(fā)展的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是針對(duì)由開環(huán)控制來控制染色車間空氣濕度的不足，提供一種染色過程濕度優(yōu)化控制方法。本發(fā)明方法采用DPC和PID補(bǔ)償控制方法相結(jié)合的二步控制法?？紤]了實(shí)際控制信號(hào)滯后對(duì)控制效果的影響，首先在坯布染色過程開始的時(shí)候，采用基于階梯式動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制方法DPC進(jìn)行控制，當(dāng)染色車間空氣濕度為4060%時(shí)采用PID控制方法進(jìn)行補(bǔ)償控制，通過適當(dāng)調(diào)整比例、積分和微分這三個(gè)參數(shù)，可以提高染色車間空氣濕度控制精度。本發(fā)明方法首先通過階梯式動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制方法(DPC)對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行控制；當(dāng)染色車間空氣濕度為4060%時(shí)采用PID控制方法對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行補(bǔ)償控制。所述的DPC控制方法的具體步驟是a.建立預(yù)測(cè)模型，具體方法是以冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值為輸入控制量，以濕度傳感器采集到的染色車間空氣濕度值為輸出量，建立基于最小二乘法的離散差分形式的受控自回歸滑動(dòng)平均時(shí)滯模型(CARMA)；A(z_1)y(k)=B(ζ—1)u(k)+C(ζ—1)u(k_h(k))其中y(k)表示染色車間空氣濕度值，u(k)表示控制輸入變量，u(k-h(k))表示控制輸入變量的時(shí)滯，A(Z4KB(P)和C(P)表示通過辨識(shí)得到的已知的實(shí)參數(shù)矩陣；y(k)=[yi(k),y2(k),-yn(k)]T;Yi(k)eRnX1,i=1,2,-η；u(k)=[u1(k),u2(k),u3(k)]T,u1(k)eRmxl,U2(k)eRmX1,u3(k)eRmxl；其中Ul(k)表示冷水二通閥閥門開度值，u2(k)表示加熱二通閥閥門開度值，U3(k)表示蒸汽二通閥閥門開度值，在染色過程中，通過控制冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值來實(shí)現(xiàn)染色車間空氣濕度控制；nanblieA(z~l)=\+J^alZ-1,B(Z^x)=Y^biZ-',C(z~l)=^clZ'1；/=1/=1/=]其中，ai、bi和Ci表示需要辨識(shí)的模型參數(shù)，na、nb和nc表示采樣個(gè)數(shù)；b.通過z反變換，把上述模型轉(zhuǎn)化成基于脈沖響應(yīng)傳遞函數(shù)的非參數(shù)化模型，即染色車間空氣濕度值預(yù)測(cè)模型<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中義,(々+1)表示k+1時(shí)刻預(yù)測(cè)模型的輸出染色車間空氣濕度值，N為建模時(shí)域，u(k+l-l)表示k+1-l時(shí)刻的控制輸入變量，u(k-h(k)+l-t)表示k+1-t時(shí)刻控制輸入變量的時(shí)滯，gl和st表示通過辨識(shí)得到的已知的實(shí)參數(shù)矩陣；B(z'')<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中，gi和~表示通過辨識(shí)得到的已知的實(shí)參數(shù)矩陣；c.修正預(yù)測(cè)輸出，實(shí)現(xiàn)反饋校正。具體方法如下比較實(shí)際輸出和預(yù)測(cè)模型輸出，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型誤差，通過對(duì)誤差加權(quán)的方式來修正對(duì)未來輸出的預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下一步預(yù)測(cè)輸出的反饋校正。預(yù)測(cè)輸出幻可以表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>誤差。其中P為預(yù)測(cè)時(shí)域，Pi(i=1,2,…p)為預(yù)測(cè)模型誤差的權(quán)值，e(k)為預(yù)測(cè)模型<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>d.建立性能指標(biāo)，進(jìn)行在線的滾動(dòng)優(yōu)化。通過將反饋校正后的預(yù)測(cè)染色車間空氣濕度輸出值與實(shí)際的染色車間空氣濕度參考值進(jìn)行比較，建立輸出預(yù)測(cè)誤差和控制量加權(quán)的二次型性能指標(biāo)，描述如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>其中tR+i3)表示染色車間空氣濕度的輸出預(yù)測(cè)值，乙(k+P)表示染色車間空氣濕度的參考軌跡值，P表示預(yù)測(cè)時(shí)域，M表示控制時(shí)域，Q和R表示溫度預(yù)測(cè)輸出誤差和控制量的加權(quán)矩陣，預(yù)測(cè)誤差&(幻=yp(k)-yr(k)。Yp(k+p)=[yp(k+l),yp(k+2),…yp(k+p)J·,Yr(k+p)=[yr(k+l),yr(k+2)，...yr(k+p)]T；Q=Cliaglq1,q2,...qn}，R=λE=diag{λ”λ2，λ3};E為單位矩陣；AU(k+M-l)=[Au(k-M+1),Au(k-M+2),...Au(k_l)]T;其中_^=|^/眾),免/眾),...，大/眾)]7，&(眾片貧'>(1，土=1,2,-η；yr=[ylr(k),y2r(k),...，ynr(k)]T，yir(k)eRnX1，i=1，2，-n；e.得出最優(yōu)控制律。具體方法是考慮了實(shí)際控制信號(hào)滯后對(duì)控制效果的影響，在最小化性能指標(biāo)過程中，采用階梯式動(dòng)態(tài)矩陣控制方法來計(jì)算最優(yōu)控制律。最優(yōu)控制律σ描述如下B'q[y(k+p)-GAU(k+M-I)-SAU[k-h{k)+M-\)-pe{k)\其中Y為控制量呈階梯式變化的變化系數(shù)，B=G[l，Y,-γ""1]1,Au(k)=σ。f.容許控制集的建立。采集染色過程中的冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值數(shù)據(jù)，用歐式空間對(duì)其進(jìn)行時(shí)滯控制度量，建立容許控制集Ω，描述如下Ω={h(k)eR10<h(k)<h}其中h(k)表示時(shí)變時(shí)滯，h表示時(shí)滯上界；把σ與容許控制集相比較，如果σ在容許控制集內(nèi)，則停止計(jì)算，此時(shí)，σ就是最優(yōu)的控制輸入；否則，通過從容許控制集中加入新息u(k+Ι)，對(duì)染色車間空氣濕度值預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，從步驟b重新開始循環(huán)；所述的PID補(bǔ)償控制方法表示如下)=kp⑷+·辦⑷+吾χ[…H“眾-1)]}其中，預(yù)測(cè)誤差=yp(k)-yr{k)，kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)，ΔT為時(shí)間間隔。調(diào)節(jié)比例系數(shù)kP使得染色車間空氣濕度值輸出上升時(shí)間減小；調(diào)節(jié)積分時(shí)間常數(shù)Ti使得染色車間空氣濕度值輸出超調(diào)量減小，系統(tǒng)振蕩減小，控制精度提高；調(diào)節(jié)微分時(shí)間常數(shù)Td使得染色車間空氣濕度值輸出調(diào)節(jié)時(shí)間減小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間更快。本發(fā)明方法中的DPC控制方法是一個(gè)控制循環(huán)方法，是閉環(huán)控制，可以根據(jù)控制要求，不斷進(jìn)行反饋校正，最終得到最優(yōu)的閥門開度值；整個(gè)染色過程染色車間空氣濕度控制過程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制，既保證了染色車間空氣濕度的穩(wěn)定性，也滿足了企業(yè)節(jié)能的要求；在坯布染色過程開始的時(shí)候，采用DPC控制方法，可消除控制信號(hào)滯后對(duì)控制效果的影響，同時(shí)使得過渡過程平穩(wěn)。當(dāng)染色車間空氣濕度為4060%時(shí)采用PID控制方法進(jìn)行補(bǔ)償控制，可以通過適當(dāng)調(diào)整比例、積分與微分三個(gè)參數(shù)，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)與控制精度，從而使得整個(gè)響應(yīng)時(shí)間變短，超調(diào)減小，誤差降低。采用DPC和PID相結(jié)合的二步控制法，解決了因開關(guān)控制的急開急停的特點(diǎn)而導(dǎo)致的閥門損壞問題，延長(zhǎng)了二通閥的使用年限，提高染色車間空氣濕度控制精度。具體實(shí)施例方式染色車間空氣濕度控制方法，當(dāng)染色車間空氣濕度大于60%或小于40%的時(shí)候采用階梯式動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制方法(DPC)對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行控制，具體實(shí)施步驟如下(1)以冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值為輸入控制量，濕度傳感器采集到的染色車間空氣濕度值為輸出量，建立基于最小二乘法的離散差分形式的受控自回歸滑動(dòng)平均時(shí)滯模型(CARMA)；A(z_1)y(k)=B(ζ—1)u(k)+C(ζ—1)u(k_h(k))(2)通過Z反變換，把上述模型轉(zhuǎn)化成基于脈沖響應(yīng)傳遞函數(shù)的非參數(shù)化模型，即染色車間空氣濕度值預(yù)測(cè)模型NN<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(3)由于實(shí)際存在模型失配、環(huán)境干擾等未知因素，預(yù)測(cè)模型輸出值有可能偏離實(shí)際值，所以需要修正預(yù)測(cè)輸出，實(shí)現(xiàn)反饋校正。具體方法如下比較實(shí)際輸出和預(yù)測(cè)模型輸出，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型誤差，通過對(duì)誤差加權(quán)的方式來修正對(duì)未來輸出的預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下一步預(yù)測(cè)輸出的反饋校正。預(yù)測(cè)輸出大,(幻可以表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(4)給定參考軌跡Yjk+P)，將反饋校正后的預(yù)測(cè)輸出值和參考軌跡進(jìn)行比較，得出預(yù)測(cè)誤差范圍。如果預(yù)測(cè)誤差較大，則重新調(diào)整冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值，直到將預(yù)測(cè)誤差控制在一定的范圍內(nèi)。(5)給定加權(quán)矩陣Q和R，當(dāng)預(yù)測(cè)誤差。(幻=允(幻-兄.(幻被控制在一定的范圍內(nèi)的時(shí)候，建立輸出預(yù)測(cè)誤差和控制量加權(quán)的二次型性能指標(biāo)，描述如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>性能指標(biāo)的建立的目的是為了使預(yù)測(cè)誤差最小，同時(shí)使輸入控制量達(dá)到最小，即，使冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值達(dá)到最小，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)節(jié)能的要求。(6)考慮了實(shí)際控制信號(hào)滯后對(duì)控制效果的影響，采用階梯式動(dòng)態(tài)矩陣控制方法，通過極小化二次型性能指標(biāo)，計(jì)算出最優(yōu)控制律。具體推導(dǎo)過程如下d(j)使Jp對(duì)ΔUm(k)取極小值，令々V"、=0，求得最優(yōu)控制律為dK^uM)AUM(k)=[GTQG+XIr1GTQX[Yr(k+p)-GAU(k+M-1)-SAU(k-h(k)+M-1)-he(k)]則有Δu(k+i-1)=gT[Yr(k+p)-GAU(k+M-1)-SAU(k_h(k)+M-1)-he(k)]其中g(shù)T是[GtQG+λIF1GtQ的第一行，且有·■■0卜...ο_G=…幻^S=Sm···_gN...如-叫)」歸…丨)」歸由上式可以看出，在求解最優(yōu)控制律的過程中，需要求PXM階的矩陣相乘，以及M階的矩陣求逆，計(jì)算很繁瑣，本發(fā)明方法采用階梯式動(dòng)態(tài)矩陣控制方法使計(jì)算量簡(jiǎn)化，同時(shí)使控制量呈階梯式，向一個(gè)方向平穩(wěn)變化。假設(shè)，當(dāng)前時(shí)刻的控制增量Au(k)=ο，\Au(k+ζ)=yAu(k+i-I)=,\<i<M-\則有V)r,，[Au(k+i)=0,i>M得到GAUM(k)=G[1，Y,...do=Bo,由此求得最優(yōu)控制律為5『0「}；(眾+p)-GAU(k+M-\)-SAU(k-h(k)+M-l)-pe(k)']<y=---7-；~-T--義(1+尸+,4+…Zm-1))(7)采集染色過程中的冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值數(shù)據(jù)，用歐式空間對(duì)其進(jìn)行時(shí)滯控制度量，建立容許控制集Ω，描述如下Ω={h(k)eRIO<h(k)<h}容許控制集的建立是為了保證步驟(6)計(jì)算最優(yōu)控制律時(shí)有解；這里，時(shí)滯h(k)的上界h的選取是根據(jù)實(shí)際操作數(shù)據(jù)估算的到的。(8)把σ與容許控制集相比較，如果σ在容許控制集內(nèi)，則停止計(jì)算，此時(shí)，σ就是最優(yōu)的控制輸入；否則，通過從容許控制集中加入新息u(k+Ι)，對(duì)染色車間空氣濕度值預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，從步驟(2)重新開始循環(huán)；當(dāng)染色車間空氣濕度為4060%時(shí)采用PID控制方法對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行補(bǔ)償控制。表示如下ATkτM(k)=kpx|e/;(^)+—+[k)-ep{k-\)\\其中，預(yù)測(cè)誤差&⑷=yp(k)-y,.(k)，kp為比例系數(shù)，T,為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)，AT為時(shí)間間隔。調(diào)節(jié)比例系數(shù)kP使得染色車間空氣濕度值輸出上升時(shí)間減?。徽{(diào)節(jié)積分時(shí)間常數(shù)凡使得染色車間空氣濕度值輸出超調(diào)量減小，系統(tǒng)振蕩減小，控制精度提高；調(diào)節(jié)微分時(shí)間常數(shù)Td使得染色車間空氣濕度值輸出調(diào)節(jié)時(shí)間減小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間更快。采用二步控制法，在消除控制信號(hào)滯后對(duì)控制性能的影響的同時(shí)，解決了因開關(guān)控制的急開急停特點(diǎn)而導(dǎo)致的閥門損壞問題，延長(zhǎng)了二通閥的使用年限，提高染色車間空氣濕度控制精度。權(quán)利要求染色過程濕度優(yōu)化控制方法，其特征在于該方法首先通過階梯式動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制方法對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行控制；當(dāng)染色車間空氣濕度為40～60％時(shí)采用PID控制方法對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行補(bǔ)償控制；所述的階梯式動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制方法的具體步驟是a.建立預(yù)測(cè)模型，具體方法是以冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值為輸入控制量，以濕度傳感器采集到的染色車間空氣濕度值為輸出量，建立基于最小二乘法的離散差分形式的受控自回歸滑動(dòng)平均時(shí)滯模型A(z-1)y(k)＝B(z-1)u(k)+C(z-1)u(k-h(k))其中y(k)表示染色車間空氣濕度值，u(k)表示控制輸入變量，u(k-h(k))表示控制輸入變量的時(shí)滯，A(z-1)、B(z-1)和C(z-1)表示通過辨識(shí)得到的已知的實(shí)參數(shù)矩陣；y(k)＝[y1(k)，y2(k)，…yn(k)]T；yi(k)∈Rn×1，i＝1，2，…n；u(k)＝[u1(k)，u2(k)，u3(k)]T，u1(k)∈Rm×1，u2(k)∈Rm×1，u3(k)∈Rm×1；其中u1(k)表示冷水二通閥閥門開度值，u2(k)表示加熱二通閥閥門開度值，u3(k)表示蒸汽二通閥閥門開度值，在染色過程中，通過控制冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值來實(shí)現(xiàn)染色車間空氣濕度控制；<mrow><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>na</mi></munderover><msub><mi>a</mi><mi>i</mi></msub><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>,</mo></mrow><mrow><mi>B</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>nb</mi></munderover><msub><mi>b</mi><mi>i</mi></msub><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>,</mo></mrow><mrow><mi>C</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>nc</mi></munderover><msub><mi>c</mi><mi>i</mi></msub><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>;</mo></mrow>其中，ai、bi和ci表示需要辨識(shí)的模型參數(shù)，na、nb和nc表示采樣個(gè)數(shù)；b.通過z反變換，把上述模型轉(zhuǎn)化成基于脈沖響應(yīng)傳遞函數(shù)的非參數(shù)化模型，即染色車間空氣濕度值預(yù)測(cè)模型<mrow><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>g</mi><mn>1</mn></msub><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>g</mi><mn>2</mn></msub><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>+</mo><msub><mi>g</mi><mi>N</mi></msub><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>+</mo><msub><mi>s</mi><mn>1</mn></msub><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>s</mi><mn>2</mn></msub><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>+</mo><msub><mi>s</mi><mi>N</mi></msub><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>N</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>l</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>g</mi><mi>l</mi></msub><mo>&times;</mo><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>l</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>t</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>s</mi><mi>t</mi></msub><mo>&times;</mo><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>-</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>其中表示k+1時(shí)刻預(yù)測(cè)模型的輸出染色車間空氣濕度值，N為建模時(shí)域，u(k+1-l)表示k+1-l時(shí)刻的控制輸入變量，u(k-h(k)+1-t)表示k+1-t時(shí)刻控制輸入變量的時(shí)滯，gl和st表示通過辨識(shí)得到的已知的實(shí)參數(shù)矩陣；<mrow><mi>G</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>B</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>其中<mrow><msup><mi>ZT</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>[</mo><mfrac><mrow><mi>B</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>]</mo><mo>=</mo><msub><mi>g</mi><mi>k</mi></msub><mo>,</mo></mrow><mrow><mi>G</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>g</mi><mi>i</mi></msub><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mi>i</mi></mrow></msup><mo>,</mo><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>C</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>其中<mrow><msup><mi>ZT</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>[</mo><mfrac><mrow><mi>C</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>]</mo><mo>=</mo><msub><mi>s</mi><mi>k</mi></msub><mo>,</mo></mrow><mrow><mi>S</mi><mrow><mo>(</mo><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>N</mi></munderover><msub><mi>s</mi><mi>j</mi></msub><msup><mi>z</mi><mrow><mo>-</mo><mi>j</mi></mrow></msup><mo>,</mo><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><mi>N</mi><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo></mrow>其中，gi和sj表示通過辨識(shí)得到的已知的實(shí)參數(shù)矩陣；c.修正預(yù)測(cè)輸出，實(shí)現(xiàn)反饋校正，具體方法如下比較實(shí)際輸出和預(yù)測(cè)模型輸出，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型誤差，通過對(duì)誤差加權(quán)的方式來修正對(duì)未來輸出的預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下一步預(yù)測(cè)輸出的反饋校正；預(yù)測(cè)輸出表示為<mrow><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>&rho;</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>e</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>&rho;</mi><mi>p</mi></msub><msub><mi>e</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>,</mo></mrow>其中P為預(yù)測(cè)時(shí)域，ρi(i＝1，2，…p)為預(yù)測(cè)模型誤差的權(quán)值，e(k)為預(yù)測(cè)模型誤差<mrow><mi>e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><msub><mi>e</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>e</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>=</mo><mfencedopen='['close=']'><mtable><mtr><mtd><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mo>.</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>y</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>m</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced></mrow>d.建立性能指標(biāo)，進(jìn)行在線的滾動(dòng)優(yōu)化；通過將反饋校正后的預(yù)測(cè)染色車間空氣濕度輸出值與實(shí)際的染色車間空氣濕度參考值進(jìn)行比較，建立輸出預(yù)測(cè)誤差和控制量加權(quán)的二次型性能指標(biāo)，描述如下<mrow><mi>J</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>[</mo><msub><mover><mi>Y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>P</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>Y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>P</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mo>]</mo><mi>T</mi></msup><mi>Q</mi><mo>[</mo><msub><mover><mi>Y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>P</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>Y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>P</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>+</mo><mi>&Delta;</mi><msub><mi>U</mi><mi>M</mi></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mi>R&Delta;</mi><msub><mi>U</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>其中表示染色車間空氣濕度的輸出預(yù)測(cè)值，Yr(k+P)表示染色車間空氣濕度的參考軌跡值，P表示預(yù)測(cè)時(shí)域，M表示控制時(shí)域，Q和R表示溫度預(yù)測(cè)輸出誤差和控制量的加權(quán)矩陣，預(yù)測(cè)誤差<mrow><msub><mover><mi>Y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mrow><mo>[</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mo>;</mo></mrow><mrow><msub><mi>Y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mrow><mo>[</mo><msub><mi>y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mi>y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msub><mi>y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mo>;</mo></mrow>Q＝diag{q1，q2，…qn}，R＝λE＝diag{λ1，λ2，λ3}；E為單位矩陣；ΔU(k+M-1)＝[Δu(k-M+1)，Δu(k-M+2)，…Δu(k-1)]T；其中<mrow><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>p</mi></msub><mo>=</mo><mo>[</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mn>1</mn><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mn>2</mn><mi>p</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>,</mo><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>np</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mo>]</mo><mi>T</mi></msup><mo>,</mo></mrow><mrow><msub><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>ip</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>&Element;</mo><msup><mi>R</mi><mrow><mi>n</mi><mo>&times;</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mi>n</mi><mo>;</mo></mrow>yr＝[y1r(k)，y2r(k)，…，ynr(k)]T，yir(k)∈Rn×1，i＝1，2，…n；e.得出最優(yōu)控制律，具體方法是采用階梯式動(dòng)態(tài)矩陣控制方法來計(jì)算最優(yōu)控制律，最優(yōu)控制律σ描述如下<mrow><mi>&sigma;</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>B</mi><mi>T</mi></msup><mi>Q</mi><mo>[</mo><msub><mi>Y</mi><mi>r</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>p</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>G&Delta;U</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>+</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>S&Delta;U</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mi>h</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>&rho;e</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><msup><mi>B</mi><mi>T</mi></msup><mi>QB</mi><mo>+</mo><mi>&lambda;</mi><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><msup><mi>&gamma;</mi><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mi>&gamma;</mi><mn>4</mn></msup><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><msup><mi>&gamma;</mi><mrow><mn>2</mn><mrow><mo>(</mo><mi>M</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac></mrow>其中γ為控制量呈階梯式變化的變化系數(shù)，B＝G[1，γ，…γM-1]T，Δu(k)＝σ；f.容許控制集的建立，采集染色過程中的冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值數(shù)據(jù)，用歐式空間對(duì)其進(jìn)行時(shí)滯控制度量，建立容許控制集Ω，描述如下Ω＝{h(k)∈R|0＜h(k)＜h}其中h(k)表示時(shí)變時(shí)滯，h表示時(shí)滯上界；把σ與容許控制集相比較，如果σ在容許控制集內(nèi)，則停止計(jì)算，此時(shí)，σ就是最優(yōu)的控制輸入；否則，通過從容許控制集中加入新息u(k+1)，對(duì)染色車間空氣濕度值預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正，從步驟b重新開始循環(huán)；所述的PID補(bǔ)償控制方法表示如下<mrow><mi>u</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mi>p</mi></msub><mo>&times;</mo><mo>{</mo><msub><mi>e</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mi>&Delta;T</mi><msub><mi>T</mi><mi>i</mi></msub></mfrac><mo>&times;</mo><munderover><mi>&Sigma;</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>0</mn></mrow><mi>k</mi></munderover><msub><mi>e</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><msub><mi>T</mi><mi>d</mi></msub><mi>&Delta;T</mi></mfrac><mo>&times;</mo><mo>[</mo><msub><mi>e</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub><mi>e</mi><mi>p</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>}</mo></mrow>其中，預(yù)測(cè)誤差kP為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)，ΔT為時(shí)間間隔；調(diào)節(jié)比例系數(shù)kP使得染色車間空氣濕度值輸出上升時(shí)間減小；調(diào)節(jié)積分時(shí)間常數(shù)Ti使得染色車間空氣濕度值輸出超調(diào)量減小，系統(tǒng)振蕩減小，控制精度提高；調(diào)節(jié)微分時(shí)間常數(shù)Td使得染色車間空氣濕度值輸出調(diào)節(jié)時(shí)間減小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間更快。FSA00000067730100017.tif,FSA00000067730100027.tif,FSA000000677301000211.tif,FSA000000677301000212.tif,FSA00000067730100035.tif全文摘要本發(fā)明涉及染色過程濕度優(yōu)化控制方法?，F(xiàn)今印染企業(yè)的染色車間空氣濕度控制采用開環(huán)控制，控制精度不高。本發(fā)明方法首先通過階梯式動(dòng)態(tài)矩陣預(yù)測(cè)控制方法對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行控制；當(dāng)染色車間空氣濕度為40～60％時(shí)采用PID控制方法對(duì)冷水二通閥、加熱二通閥和蒸汽二通閥的閥門開度值進(jìn)行補(bǔ)償控制。本發(fā)明方法可以根據(jù)控制要求，不斷進(jìn)行反饋校正，最終得到最優(yōu)的閥門開度值，解決了因開關(guān)控制的急開急停的特點(diǎn)而導(dǎo)致的閥門損壞問題，延長(zhǎng)了二通閥的使用年限，提高染色車間空氣濕度控制精度。文檔編號(hào)G05D22/02GK101807083SQ20101013608公開日2010年8月18日申請(qǐng)日期2010年3月30日優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日發(fā)明者周曉慧,薛安克,鄒洪波,陳巧,魯仁全申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)