[發明專利]嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統及其方法

有效

• 申請號: 201010253311.0
• 申請日: 2010-08-13
• 公開（公告）號: CN101937219A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 丁永生;梁霄;郝礦榮;任立紅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

1.一種嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統，包括被控對象參考輸入(1)、被控對象(7)、激素調控智能控制器(3)和反饋傳感器組(9)，其特征在于：所述的被控對象參考輸入(1)接收反饋傳感器組(9)送來的被控對象(7)的輸出數據，生成被控對象輸出誤差(2)與數據驅動的激素調控智能控制器(3)的輸入端相連，所述的激素調控智能控制器(3)的輸出端與被控對象(7)相連，所述的被控對象(7)與反饋傳感器組(9)相連；所述的激素調控智能控制器(3)包括常規控制器(4)、激素調控單元(5)、誤差閾值評判單元(13)、數據驅動計算單元(10)、控制器原始輸出(12)以及歷史數據存儲單元(11)；所述的被控對象輸出誤差(2)與常規控制器(4)的輸入端相連，常規控制器(4)的輸出端與激素調控單元(5)的輸入端相連，激素調控單元(5)的輸出端分別與控制器輸出(6)和數據驅動計算單元(10)的輸入端相連，數據驅動計算單元(10)的輸出端與誤差閾值評判單元(13)相連，歷史數據存儲單元(11)分別與數據驅動計算單元(10)和誤差閾值評判單元(13)相連，所述的反饋傳感器組(9)的輸出端分別與歷史數據存儲單元(11)和被控對象參考輸入(1)的比較器相連。

2.一種使用權利要求1所述的一種嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統的方法，其特征在于：所述的被控對象(7)的數據通過反饋傳感器組(9)與作為被控對象參考輸入(1)的給定數據相比較，得到被控對象輸出誤差(2)，該誤差同時輸入常規控制器(4)和誤差閾值評判單元(13)，數據驅動計算單元(10)根據歷史數據存儲單元(11)記錄的系統歷史數據，在常規優化狀態和協同優化狀態之間選定當前工作狀態，以確定需優化的控制器，對其參數進行優化調整，計算得到的原始控制量經由誤差閾值評判單元(13)的加工，選擇性地加入激素調控單元(5)的控制量增量，合成最終的控制器輸出(6)，送入被控對象(7)實施控制。

3.根據權利要求2所述的一種使用權利要求1所述的一種嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統的方法，其特征在于：所述的嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制器在常規優化狀態下的工作步驟包括：

(1)系統上電，控制器開始工作；

(2)選定所述智能控制器內常規控制器的參數作為數據驅動計算單元的優化目標；

(3)在每個采樣周期內，記錄該采樣周期對應的被控對象實時輸出y(k)、被控對象參考輸入y_d(k)、常規控制器輸出u(k)以及被控對象輸出誤差e(k)，并存儲在歷史數據存儲單元中；

(4)在第k個采樣周期內，按照所述數據驅動控制器的計算步驟，計算出該采樣周期內，常規控制器參數的估計值并求出在該參數估計值下常規控制器原始輸出u_origin(k)；其中k≥1；

(5)在第k個采樣周期內，按照所述激素調控單元的運算規律，利用u_origin(k)、u(k-1)、e(k)、e(k-1)生成控制器輸出增量Δu_origin(k)，具體方法為

Δuorigin(k)=Δuc(k)+αg((|Δuf(k-1)|)nλ+(|Δuf(k-1)|)n+β)gL1gL2]]>

Δuc(k)=Gctrl(θ^k,e(k))-Gctrl(θ^k-1,e(k-1))]]>

其中Δu_c(k)為第k個采樣周期內和第(k-1)個采樣周期內，即所述數據驅動控制器的控制量輸出之差；

(6)根據當前的誤差情況，選擇控制器輸出增量的投入時機，生成控制器最終的控制量，方法為

ufinal(k)=u(k-1)+Δuorigin(k)ife(k)>ϵthretholdu(k)ife(k)≤ϵthrethold]]>

其中ε_threthold為預先設定的誤差閾值；

(7)用生成的最終控制量u_final(k)替換步驟(3)中在歷史數據存儲單元中記錄的該采樣周期的控制器輸出u(k)，供下一個采樣周期使用；

(8)將u_final(k)輸出至被控對象，完成控制作用。

4.根據權利要求2所述的一種使用權利要求1所述的一種嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統的方法，其特征在于：所述的嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制器在協同優化狀態下的工作步驟包括：

(1)選定常規控制器的可調整參數作為初始的數據驅動優化目標，進入常規優化狀態；此時激素調控單元的可調整參數按照固定的初始值投入運行，初始值的選取可依靠人工經驗或現有的控制器參數自整定方法確定；

(2)系統工作時，誤差閾值比較單元根據被控對象的動態誤差水平，實時決定是否將激素調控單元的可調整參數作為數據驅動方法的優化目標進行優化，進入協同優化狀態；如果需要優化，則將激素調控單元視為與常規控制器等同的另一個獨立控制器，采用同常規控制器相同的數據驅動優化方法進行優化；此時所述智能控制器轉變為含有兩個常規控制器的結構，其控制量輸出表示為

ufinal(k)=p1u(k)+p2uenhance(k)ife(k)>ϵparallelu(k)ife(k)≤ϵparallel]]>

p₁+p₂＝1，p₁≥0，p₂≥0

其中，u_enhance(k)為協同優化狀態下，作為獨立控制器的激素調控單元的控制量輸出；ε_parallel為預先設定的系統工作狀態切換閾值；p₁、p₂為常規控制器和激素調控單元控制力度分配的比例因子；

(3)當被控對象誤差小于上述系統工作狀態切換閾值u_enhance(k)時，及時將系統工作狀態切換回常規優化狀態，此時激素調控單元的參數恢復到其初始值。