连续制药生产给料混合单元广义预测控制.pdf
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1、 鲁东大学学报(自然科学版)()():收稿日期:修回日期:基金项目:山东省自然科学基金()通信作者简介:刘晓华()男教授硕士研究生导师博士研究方向为预测控制:.:././.连续制药生产给料混合单元广义预测控制谷迎欣刘晓华高 荣(鲁东大学 数学与统计科学学院山东 烟台)摘要:考虑量测噪声对给料混合系统的影响研究了给料混合系统的广义预测控制问题 针对给料混合单元状态空间模型利用线性 滤波器估计系统状态并基于多变量广义预测控制理论设计广义预测控制律 仿真结果表明:控制器能够减少量测噪声对系统的影响有效控制转轴转速使出口质量流量达到恒定关键词:给料混合单元量测噪声 滤波器广义预测控制中图分类号:文献标
2、志码:文章编号:()制药生产中的连续生产已成为当前的研究重点口服固体剂型的连续制药工艺都需要给料混合单元()运行中的主要工艺参数对最终药品的关键质量属性主要集中在出口质量流量针对出口质量流量的控制问题文献首次开发了种群平衡模型()框架预测搅拌器的出口质量流量随时间的变化情况文献针对线性模型设计了串级 控制方法使得出口质量流量能够保持在恒定值但搅拌器转轴速度总是超出规定范围 考虑到实际工程中需限制转轴速度的运行范围而模型预测控制()具有适用于约束问题的优点文献首次将 应用于出口质量流量的控制问题并提出了 控制器来实现出口质量流量恒定文献分别设计了带有干扰前馈的 控制器与 控制器并通过对比说明 控
3、制器更易实现搅拌器转轴速度和出口质量流量恒定针对出口质量流量的控制器设计主要是基于无输出量测噪声的假设这在工程上是不现实的 若控制器设计直接使用受噪声污染的输出变量会导致控制输入出现额外的高频振动从而使出口质量流量无法到达恒定 广义预测控制()算法是将多步预测与自适应相结合适用于不确定的过程对象 文献考虑到系统中的输出量测噪声应用经典 滤波进行状态估计针对状态空间模型推导出广义预测控制律文献研究输出量测噪声为高斯白噪声的情形采用 滤波器估计系统状态设计出基于状态空间模型的多变量 基于 滤波器的广义预测控制()对存在量测噪声的给料混合控制系统很有帮助 本文主要研究给料混合单元状态空间模型的广义预
4、测控制问题同时考虑出口质量流量存在输出量测噪声的情形设计给料混合单元的 控制方案将得到的转轴速度最优值作用于系统能够保证出口质量流量达到恒定 问题描述对于给料混合系统其线性状态空间模型为:()()()()()()()()其中:输入变量()表示搅拌器的转轴转速输出变量()()()()第 期谷迎欣等:连续制药生产给料混合单元广义预测控制()表示搅拌器最终的出口质量流量()()表示隔间 出口处活性药物成分()的浓度状态变量 ()()()()()表示隔间 的质量滞留量入口质量流量 ()为可测扰动包含 质量流量()和示踪剂质量流量()模型参数 是具有适当维数的矩阵出口质量流量由近红外传感器间接测量通常该
5、随机噪声是独立的且服从零均值和已知方差的正态分布 基于离散系统()考虑输出量测噪声 ()的影响系统为 ()()()()()()()()()其中 ()为高斯白噪声且与 ()相互独立设系统的参考轨迹矢量 ()()()为定值 为使转轴转速不至于有很大变化采用如下性能指标:()()()式中:为误差加权系数矩阵 为控制加权系数矩阵 由于目前没有考虑搅拌器出口浓度的实例仅考虑出口质量流量因此假设矩阵 中与 相关的元素是非零元素其余均为零元素本文的控制目标是针对给料混合系统的状态空间模型()以搅拌器转轴速度()为控制量优化求解转速最优值从而实现出口质量流量恒定 基于状态空间模型的多变量广义预测控制考虑到给料
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