[發(fā)明專利]一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的控制性能檢測(cè)裝置及方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310116365.6
• 申請(qǐng)日: 2013-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN103197668A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉吉臻;孟慶偉;鐘振芳;牛玉廣;房方
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B23/02
• 分類號(hào): G05B23/02;G05B13/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的控制性能檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

控制系統(tǒng)的性能對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的安全性和經(jīng)濟(jì)性具有直接影響。但是，在目前的工業(yè)生產(chǎn)過程中，性能不好的控制回路所占的比例非常高，約有66%～80%的控制器并不能達(dá)到其應(yīng)達(dá)的性能。因此，研究工業(yè)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)問題具有迫切性，相關(guān)成果將具有廣闊的應(yīng)用前景。當(dāng)前對(duì)于控制系統(tǒng)隨機(jī)性能評(píng)價(jià)主要是模型驅(qū)動(dòng)的性能評(píng)價(jià)，但是該類方法復(fù)雜難以在實(shí)際中應(yīng)用?；跀?shù)據(jù)的性能評(píng)價(jià)方法由于其無需過多的過程知識(shí)，故其在實(shí)際生產(chǎn)過程的性能評(píng)價(jià)中更易應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)過程都建立有完善的生產(chǎn)信息采集與管理系統(tǒng)，從中可以獲得大量的生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于這些數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)于控制回路性能的評(píng)價(jià)具有實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的針對(duì)上述背景技術(shù)中提到基于模型的系統(tǒng)控制性能檢測(cè)復(fù)雜，易受干擾等不足，提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置及方法。

一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)性能檢測(cè)裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)預(yù)處理器、分頻處理器、頻率分類器和性能評(píng)價(jià)器，其中，

所述數(shù)據(jù)預(yù)處理器、分頻處理器、頻率分類器和性能評(píng)價(jià)器依次串聯(lián)；

所述性能評(píng)價(jià)器由高頻響應(yīng)性能分析器、中頻響應(yīng)性能分析器、低頻響應(yīng)性能分析器及性能加權(quán)器組成，其中，高頻響應(yīng)性能分析器、中頻響應(yīng)性能分析器和低頻響應(yīng)性能分析器均分別與頻率分類器和性能加權(quán)器相連。

一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)性能檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：數(shù)據(jù)預(yù)處理器對(duì)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出采樣利用小波包進(jìn)行分解，得到一組窄帶響應(yīng)；

步驟2：分頻處理器利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法將各個(gè)窄帶響應(yīng)分解為一組固有模態(tài)分量；

步驟3：頻率分類器利用聚類分析方法將固有模態(tài)分量分為三類：高頻響應(yīng)，中頻響應(yīng)，低頻響應(yīng)；

步驟4：所述高頻響應(yīng)性能分析器利用高頻響應(yīng)通過最小方差性能指標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)的隨機(jī)性性能；所述中頻響應(yīng)性能分析器利用中頻響應(yīng)通過無量綱的確定性性能指標(biāo)計(jì)算系統(tǒng)的確定性性能；所述低頻響應(yīng)性能分析器利用低頻響應(yīng)通過其均值計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；

高頻響應(yīng)性能分析器，將聚類分析中的高頻分量組成系統(tǒng)的隨機(jī)性響應(yīng)輸出，利用最小二乘算法來計(jì)算系統(tǒng)的最小方差性能指標(biāo)，用于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的隨機(jī)性性能；

中頻響應(yīng)性能分析器，首先，選取聚類得到中頻分量，再用設(shè)定值和中頻響應(yīng)之間的輸入輸出關(guān)系估算出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)G_cl(s)，并以其等效遲延作為系統(tǒng)延遲d的估計(jì)值；其次，通過對(duì)給G_cl(s)做階躍擾動(dòng)計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間T；最后，計(jì)算無量綱的確定性性能指標(biāo)

低頻響應(yīng)性能分析器，低頻性能主要對(duì)應(yīng)于控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，通過聚類得到的低頻分量，對(duì)其求計(jì)算低頻分量的均值作為穩(wěn)態(tài)誤差ε，穩(wěn)態(tài)誤差ε反應(yīng)的是系統(tǒng)的控制精度；

步驟5：通過模糊加權(quán)將隨機(jī)性性能、確定性性能和穩(wěn)態(tài)誤差性能進(jìn)行綜合

為：

η=ω₁η₁+ω₂η₂+ω₃η₃，

其中，η為綜合控制性能指標(biāo)；η₁為歸一化隨機(jī)性性能指標(biāo)；η₂為歸一化確定性性能指標(biāo)；η₃為歸一化穩(wěn)態(tài)誤差指標(biāo)；ω_i為第i個(gè)加權(quán)系數(shù)，i=1,2,3。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明無需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建模，直接使用控制系統(tǒng)的日常操作數(shù)進(jìn)行計(jì)算，無需進(jìn)行試驗(yàn)，更不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生任何影響，是無侵入性的系統(tǒng)友好型的方法與裝置，可以非常方便的在實(shí)際控制系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。除此之外，該裝置的檢測(cè)結(jié)果是歸一化的，其結(jié)果易于理解。

附圖說明

圖1為該裝置的整體結(jié)構(gòu)檢測(cè)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：

對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)潔、有效、需要先驗(yàn)知識(shí)少、易于計(jì)算、對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)正常運(yùn)行無影響的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的控制系統(tǒng)性能檢測(cè)方法及裝置。