In response to the continuously changing feedstock supply and market demand for products with different specifications, the processes need to be operated at time-varying operating conditions and targets (e.g., setpoints) to improve the process economy, in contrast to traditional process operations around predetermined equilibriums. In this paper, a contraction theory-based control approach using neural networks is developed for nonlinear chemical processes to achieve time-varying reference tracking. This approach leverages the universal approximation characteristics of neural networks with discrete-time contraction analysis and control. It involves training a neural network to learn a contraction metric and differential feedback gain, that is embedded in a contraction-based controller. A second, separate neural network is also incorporated into the control-loop to perform online learning of uncertain system model parameters. The resulting control scheme is capable of achieving efficient offset-free tracking of time-varying references, with a full range of model uncertainty, without the need for controller structure redesign as the reference changes. This is a robust approach that can deal with bounded parametric uncertainties in the process model, which are commonly encountered in industrial (chemical) processes. This approach also ensures the process stability during online simultaneous learning and control. Simulation examples are provided to illustrate the above approach.


翻译:由于原料供应和市场需求不断变化,不同规格的产品需要不断变动的原料供应和市场需求,这些流程需要按照时间变化的运行条件和目标(例如设定点)运行,以改善过程经济,而不是围绕预定平衡的传统过程操作。在本文件中,为非线性化学流程开发了一种基于神经网络的收缩理论控制方法,以实现时间变化的参考跟踪。这一方法利用神经网络的普遍近距离特征,进行离散时间收缩分析和控制。它涉及培训神经网络,学习收缩控制器中嵌入的收缩度和不同反馈收益。第二个单独的神经网络也被纳入控制-流程,以在线学习不确定的系统模型参数。由此形成的控制计划能够实现有效且无偏差的时间引用跟踪,而模型的不确定性则全部不需由控制结构重新设计作为参考变化。这是一种强有力的方法,可以处理在工业(化学)流程中常见的受约束的参数不确定性。这种方法还确保了在线学习和监控过程中的程序稳定性。该方法还提供模拟范例。

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