基于间歇过程的 2D 混杂时滞系统控制策略及其应用基础研究

混杂时滞系统的控制因其具有广泛的应用背景和重要的理论价值一直是控制领域研究的热点之一。本项目以间歇过程为研究对象，基于间歇过程具有的2维（2D，沿时间及批次方向）动态特性及混杂特性，考虑时滞影响，展开 2D 混杂时滞系统的控制策略及其应用基础研究。主要内容包括：首先，构建 2D 混杂时滞系统，建立时滞相关稳定准则，发展基于 2D 状态反馈和 2D 动态输出反馈的2D混杂系统鲁棒控制理论，提出相应的鲁棒混杂复合迭代学习控制 (ILC) 策略，并将其稳定性准则推广到有界输入有界输出稳定；其次，引入二次性能指标函数，建立使系统具有最优性能的时滞相关稳定准则，提出最优混杂复合 ILC 策略和广义 2D 模型预测 ILC 策略；最后，将控制策略应用在注塑机上，实现间歇生产过程的可控性。该项研究不仅可以促进2D 混杂时滞系统控制理论的发展，还可以对间歇生产过程平稳运行提供理论指导和技术支持。

本项目基于2D系统框架对间歇制造工业先进控制及容错控制进行研究，所研究的问题均从注塑成型这一典型间歇制造过程中遇到的实际控制难题提炼而出，主要从单、多阶段两方面，正常和故障两种情况进行研究，取得了丰富的成果。.在单阶段研究方面，针对间歇过程含时滞正常工况，设计基于 2D 状态/输出反馈的复合迭代学习控制律，对于非重复性参数摄动，控制律具有 H ∞性能，为了使得系统具有最优的控制性能，又提出了最优保性能控制。与传统自适应方法相比较，其控制性能更优。此外，在将其转化为等价二维模型基础上，提出迭代学习控制（ILC）结合模型预测控制（MPC）的控制算法，即具有反馈控制和最佳的前馈控制的二维动态矩阵控制（2D-DMC）算法，在注塑机上应用取得了良好的控制效果。.在时滞前提下考虑执行器故障问题，首次构建了2D 时滞容错控制系统，通过建立时滞相关可靠稳定性准则，给出了基于 2D 状态/输出反馈的复合迭代学习H∞ 可靠控制律设计方法，仿真表明所设计的容错控制律在故障允许范围内，能确保系统平稳运行。当系统存在不确定性时，针对执行器故障，就容错保性能控制问题展开了研究，取得了一系列研究成果。如：为使得系统具有更快的跟踪性能，提出的具有扩展学习信息的容错保性能复合迭代学习控制律,在确保系统稳定的同时,也保证了系统允许的最优性能。接着，将其结果拓展到区间时变时滞情况，得到依赖于时滞的容错保性能控制律。通过这些研究，实现了尽管系统出现故障但还是能平稳运行，尽管系统性能下降但还是能保持系统正常生产等目标。此外，针对输入时滞尤其未知时滞大于一个周期的情况，采用分段方法进行了控制器设计研究。.间歇过程在工业生产中普遍存在多阶段特性，尤其对相邻阶段由于其行使任务不同而使得系统维数不同的多阶段间歇过程，其控制与分析更加重要。受注塑过程的启发，利用间歇过程的重复特性及二维特性，将多阶段间歇过程设计成不同维切换系统，利用切换系统理论研究了系统的指数稳定性问题及子系统最短运行时间问题，得到了原创性结果。.尽管研究现在没带来经济效益，但从长远角度来看，对间歇过程先进控制及容错控制的发展起到了推动作用，意义重大。本项目进行过程中，共发表SCI论文17篇，EI论文3篇，申请专利3项，2篇SCI接收，EI接收1篇。