考虑灾害时生产机能维持的先进安全过程控制系统的研究及应用

生产机能维持的安全控制技术既能保证灾害时控制系统的安全，又能维持过程控制系统的生产机能并降低突然中断生产带来的经济损失。灾害发生时，大量灾害信息能够被收集到。如何有效利用这些信息来实现控制系统在安全的前提下维持生产过程的机能是一个值得研究的课题。本项目利用灾害信息，通过基于演算子的鲁棒控制技术对工业界亟待解决的生产机能维持安全控制技术进行研究。第一，利用灾害信息来确定过程控制系统的生产机能维持控制策略，并提出采用SVM技术来构建输入受限系统，以确保控制系统的安全。第二，由于非线性的影响，通过减小参考信号并不一定能实现受限的输入。所以，对由生产机能维持控制策略构建的不稳定非线性多级输入受限系统，提出将同构理论与基于演算子的鲁棒右互质分解技术结合来实现鲁棒稳定控制设计。第三，应用Lipschitz范数与压缩原理将提出的方法推广到多输入多输出强耦合受限系统。

工业过程控制系统中故障的出现非常普遍，甚至导致灾害时有发生。近几年，国内外研究者对故障系统的安全控制问题非常重视。我们在本课题中对故障系统维持适度生产机能的安全控制技术进行了深入研究，既能保证控制系统发生故障时的安全，又能维持控制系统的部分生产机能。首先，进行了受灾控制系统故障信息的获取方法研究，提出了利用基于演算子理论的右互质分解方法设计故障系统的故障诊断观测器，应用该技术实现故障状态的在线监测，从而实时获取受灾控制系统故障信息；利用所获得的故障信息，提出并建立了基于支持向量回归的故障分类模型，并用该模型构建了生成机能适度维持的输入受限系统，为了提高模型的精度一种形状可变核函数被提出，其参数由四阶矩估计法在线辨识获得；对构建好的输入受限系统，研究了基于演算子理论的鲁棒稳定控制问题，提出了鲁棒右互质分解与滑模变结构控制相结合的非线性控制方法，在分析与设计多组右互质分解控制器平滑切换的超平面方面获得了一系列研究成果，利用基于同构理论也解决了右互质分解控制器的设计问题；当输入受限系统是多输入多输出耦合系统时, 提出了应用压缩映射原理来弱化多输入多输出之间的耦合影响,并获得了新的鲁棒稳定条件来确保故障系统的安全。