一种青瓷素烧过程的炉窑温度自动控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113176797A(43)申请公布日2021.07.27(21)申请号202110396019.2(22)申请日2021.04.13(71)申请人龙泉东土青瓷有限公司地址323700浙江省丽水市龙泉市城东四路241号(72)发明人苏伟陈云(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人杨舟涛(51)Int.Cl.G05D23/22(2006.01)权利要求书5页说明书10页(54)发明名称一种青瓷素烧过程的炉窑温度自动控制方法(57)摘要本发明公开了一种青瓷素烧过程的炉窑温度自动控制方法。本发明基于观测器的反馈控制策略，考虑时延和众多的随机扰动因素，建立青瓷素烧过程炉窑温度控制的随机时延微分方程，建立炉窑温度控制系统的均方有限时间稳定条件，基于观测器重构被控系统的状态向量，利用奇异值分解方法进行观测器增益和控制器增益的优化求解。本发明建立的自动控制方法可以在给定的条件下实现青瓷素烧过程炉窑温度的有限时间控制，实现素烧过程炉窑温度的及时和准确控制，为素烧过程的节能降耗、提高素烧质量、降低废品率提供保障。CN113176797ACN113176797A权利要求书1/5页1.一种青瓷素烧过程的炉窑温度自动控制方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：步骤(1).建立青瓷素烧过程的状态空间模型；首先，根据青瓷素烧过程的动态特性，利用随机系统建模方法，建立下述随机时延微分方程：T式中x(t)＝[x1(t)x2(t)x3(t)x4(t)x5(t)]为t时刻青瓷素烧过程的炉窑的状态向量，其中x1(t)为炉窑内温度，即需要控制的物理量，x2(t)为炉窑内压强，x3(t)为炉窑内氧T气浓度，x4(t)为炉窑内气体流速，x5(t)为燃气热值，符号W表示矩阵W的转置；y(t)＝[y1T(t)y2(t)]为t时刻素烧过程的输出测量值，其中y1(t)为由热电偶测得的素烧炉窑内温度测量值，y2(t)为素烧炉出口烟气的燃气浓度的测量值，y2(t)的值由安装在素烧炉出口处的T烟气分析仪获得；u(t)＝[u1(t)u2(t)]为t时刻素烧过程的控制输入变量，其中u1(t)为输入燃气流量，u2(t)为输入空气流量，u1(t)和u2(t)的值由燃气进气管道的开度和空气进气管道的开度进行调节；ω(t)为t时刻零均值的1维布朗运动，表示在青瓷素烧加热过程的随机影响因素，包括燃气热值、空气含氧量、空气水分和燃气水分、空气温度和青瓷含水量的随机波动；d为微分符号，正标量h为时间延迟，表示从炉窑测温、施加控制输入作用直至炉窑温度发生改变过程中存在的时延；青瓷素烧过程炉窑温度控制系统的初始条件为x(τ)＝x0,‑h≤τ≤0，即当t‑h≤0时，系统状态初始值为x(τ)＝x0，其中x0为初始时刻t＝0时测定的5×55×55×25×55×52×5值；A∈R,E∈R,B∈R,A1∈R,E1∈R,C∈R均为通过系统建模获得的已知实矩阵，其中表示n1×n2维实矩阵；(2).构造基于观测器的炉窑温度控制器；设计下述基于观测器的素烧炉窑温度控制器式中，为x(t)的估计值，其中为xi(t)的估计值，为观测器在t时刻的输出值，其中为yj(t)的估计值，L∈R5×2和K∈R2×5分别为需要设计的观测器增益矩阵和控制器增益矩阵，符号表示n3维实向量；(3).建立青瓷素烧过程的闭环控制增广系统；引进观测估计的误差变量和增广向量ξ(t)＝[xT(t)δT(t)]T，则可得下述青瓷素烧过程的闭环控制增广系统式中2CN113176797A权利要求书2/5页其中0表示维数适当的0矩阵；所要设计的观测器矩阵L和控制器矩阵K，使得青瓷素烧过程的闭环控制增广系统(3)对于任意给定的参数(c1,c2,Ta,R)是均方有限时间稳定的，即对于任意给定的正数c1＞0、c2T＞0、有限时间区间Ta＞0和正定对称加权矩阵R>0，若初始值ξ(0)Rξ(0)＜c1，则对任意时间Tt∈[0,Ta]，均满足E{ξ(t)Rξ(t)}＜c2，符号E{W1}表示随机变量W1的数学期望；(4).建立青瓷素烧过程的有限时间稳定性条件；选取下述二次型能量函数式中其中P＞0,Q＞0为10×10维的待求解的正定对称矩阵，表示正定对称加权矩阵R的平方根；利用伊藤引理得式中LV(ξ(t))表示函数V(ξ(t))的无穷小算子；所以，对于任意正数α＞0，有显然，若下述不等式成立则LV(x(t))‑αV(x(t))＜0成立，式中星号*表示对称矩阵中的对称项，例如：对称矩阵中的*表示Ω2的对称项不等式LV(x(t))‑αV(x(t))＜0两边从0到时刻t积分，0≤t≤Ta，取数学期望，并考虑到选定的二次型能量函数V(ξ(t))的形式，可知T根据给定的初始条件