[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

技術領域

本發明屬自動控制技術領域，特別是涉及一種嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統及其方法。

背景技術

許多工業生產流程(如材料、化工、制藥等)都是一系列復雜工藝步驟的集合。這些工藝步驟中蘊含的隨機性和它們在運行過程中的動態變化，使其無法采用標準的“輸入一輸出”對應關系建立完整的數學模型以滿足控制需要；即使能夠得到較完整的模型，其內部結構和參數也可能隨著生產過程的運行而出現改變或波動。另一方面，現有的各種先進控制方法，多數都需要應用在精確的對象模型上，才能取得良好的控制效果。復雜工業生產流程的不確定性和隨機動態變化特征，增加了在其上應用先進控制方法的難度。

為了解決高質量控制需求與對象模型缺失的矛盾，人們試圖利用被控過程的輸入和輸出數據，從中提取能夠反映被控過程性質的信息，再利用這些信息設計控制器，生成控制信號施加于被控過程，以達到控制效果，此即為數據驅動的控制策略。目前已有數種基于數據驅動的控制器及其控制方法被提出，如無模型自適應控制(Model?Free?Adaptive?Control，MFAC)、去偽控制(Unfalsified?Control，UC)、迭代反饋整定(Iterative?Feedback?Tuning，IFT)等。值得一提的是，工業上廣泛采用的PID控制方法，其工作原理亦符合數據驅動的含義，也屬于數據驅動控制方法的一種。

在實踐上，基于數據驅動的控制器及其方法存在的主要問題之一，是采用該控制器的閉環系統的動態特性不佳。數據驅動的控制策略雖然在很大程度上解決了無法獲得高質量對象模型的問題，但也正是由于沒有準確對象模型作參考，常會出現受控變量波動大，廢產品增多等現象，一些數據驅動控制器對被控對象的響應時間、超調量等動態性能指標的考慮也顯不足。很多情況下，基于數據驅動的控制器的控制效果能達到較滿意的控制效果(即“可控”)，但對其所形成的閉環系統動態特性的改善還有很大空間。

生物體內分泌系統所分泌的各種激素對其自身生理作用的調節具有快速、準確的特點。各種激素的分泌器官能根據體內環境的細微變化，動態調節激素的分泌速度和分泌時機，在需要增強生理作用時使激素加速增量分泌，而需要抑制生理作用時減速減量分泌，甚至可以通過影響其它器官，利用其它器官對自身產生作用，從而達到間接控制自身激素分泌功能的效果。這些特性可以抽象形成一個仿生調節單元，嵌入到其它控制器中，對它們進行結構改進和功能增強，從而改善這些控制器的控制品質。也就是說，將激素調控機制嵌入到基于數據驅動的控制器中，形成基于激素調控的數據驅動智能控制器，可以改善數據驅動控制器的動態特性，有助于改善被控工業過程的運行品質，提高生產穩定性和產品質量。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種嵌入激素調控機制的數據驅動智能控制系統及其方法，其不依賴工業過程的精確模型，并能在一定程度上具有滿意動態特性的控制器及其控制方法。在被控工業過程的精確模型難以獲得的情況下，該控制器能夠利用數據驅動的方法對被控過程施加有效的閉環控制，同時利用仿生激素調控原理實現對閉環系統動態特性的進一步改善，以達到對復雜工業過程進行有效的高質量控制的目的。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供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、激素調控的智能控制器本身、被控對象和反饋傳感器組；所述的被控對象參考輸入與被控對象的輸出數據比較，生成被控對象輸出誤差，與數據驅動的激素調控智能控制器的輸入端相連；所述的激素調控智能控制器的輸出端與被控對象相連，所述的被控對象與反饋傳感器組相連；所述的激素調控智能控制器包括常規控制器、激素調控單元、誤差閾值評判單元、數據驅動計算單元、控制器原始輸出以及歷史數據存儲單元。所述的被控對象輸出誤差與常規控制器的輸入端相連，常規控制器的輸出端與激素調控單元輸入端相連，激素調控單元的輸出端分別與控制器輸出和數據驅動計算單元的輸入端相連，數據驅動計算單元的輸出端與誤差閾值評判單元相連，歷史數據存儲單元分別與數據驅動計算單元和誤差閾值評判單元相連，所述的反饋傳感器組的輸出端分別與歷史數據存儲單元和被控對象參考輸入的比較器相連。