[發(fā)明專利]一種針對(duì)工業(yè)過程的高效數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)內(nèi)模多項(xiàng)式控制器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310179917.8
• 申請(qǐng)日: 2013-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN103294029A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 哀微;李艷;趙俊紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

1.一種針對(duì)工業(yè)過程的高效數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)內(nèi)模多項(xiàng)式控制器，其特征在于控制步驟如下：

步驟一：設(shè)計(jì)具有多項(xiàng)式加內(nèi)模功能的總體控制結(jié)構(gòu)

取多項(xiàng)式控制器輸入為誤差{e(k)}系列，輸出為{u(k)}系列，取其結(jié)構(gòu)為如下所示：

u(z-1)e(z-1)=a0+a1z-1+a2z-2+···+anz-n1+b1z-1+b2z-2+···+bnz-n]]>

其中，a₀～a_n,b₁～b_n為待確定的系數(shù)；

按照內(nèi)模多項(xiàng)式控制器設(shè)計(jì)過程，將過程模型分解為G_m+G_m-的形式，式中：G_m-為模型的最小相位部分；G_m+包括模型中不穩(wěn)定的部分和純滯后的部分；將工業(yè)過程對(duì)象特性假設(shè)為一階加純滯后過程，可取內(nèi)部模型

Gm(s)=KmTms+1e-τms]]>

由內(nèi)模原理虛線框內(nèi)的等效控制器為

GC(s)=G--1(s)f(s)1-Gm(s)Gm--1(s)f(s)]]>

=G+-1(s)f(s)G(s)(1-G+-1(s)f(s))]]>

取濾波器并對(duì)純滯后項(xiàng)進(jìn)行一階Pade近似：可得

Gc(s)=0.5Tmτms2+(Tm+0.5τm)s+1Km(λ+τm)s(0.5λτmλ+τms+1)]]>

取等效控制器為如下離散表達(dá)式

u(z-1)e(z-1)=Kc[1+TsTi11-z-1+Td(1-α)Ts1-z-11-αz-1]]]>

這里，Ts為采樣時(shí)間，α=T_f/(T_s+T_f).則待整定的控制器參數(shù)向量表示為：

θ_k=[Kc,Ti,Td,α]^T

步驟二：對(duì)內(nèi)模多項(xiàng)式控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)逼近參數(shù)尋優(yōu)

損失函數(shù)取為一步超前二次型性能指標(biāo)

Lk=E[(yk+1-rk+1)TAk(yk+1-rk+1)+ukTBkuk]]]>

這里，A_k與B_k為半正定系數(shù)矩陣，分別反映了跟蹤誤差和控制能量的權(quán)重；r(k)為參考輸入，y(k)為系統(tǒng)實(shí)際輸出；控制器參數(shù)向量為θ_k=[Kc,Ti,Td,α]^T，控制的目標(biāo)是使L_k(θ_k)最小，由于對(duì)象未知，采用改進(jìn)型擾動(dòng)隨機(jī)逼近方法，具有如下形式：

Kc(k)Ti(k)Td(k)α(k)=Kc(k-1)Ti(k-1)Td(k-1)α(k-1)-akg^k(θ^k-1)]]>

其中為控制器參數(shù)梯度向量，第l個(gè)分量（這里，l=1，2，3，4）由下式獲得：

g^kl(θ^k-1)=Lk(θ^k-1+ckΔk)2ckΔkl]]>

其中，△_k為滿足同一分布的隨機(jī)向量，{a_k}、{c_k}是滿足隨機(jī)逼近算法增益條件的正序列，取a_k=a/(k+A)^β和c_k=c/k^γ（k=1,2,…），確定非負(fù)系數(shù)a，c，A，β和γ；設(shè)定初始值θ^0=[Kc(0),Ti(0),Td(0),α(0)]T;]]>是對(duì)控制量施加擾動(dòng)c_k△_k后由實(shí)際控制中得到的輸入輸出數(shù)據(jù)計(jì)算所得；當(dāng)控制器參數(shù)為時(shí)所產(chǎn)生的系統(tǒng)控制量記為這里存在一步滯后，則對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸出量記為將產(chǎn)生的代入性能指標(biāo)，得到

Lk(θ^k-1+ckΔk)=E[(yk+1+-rk+1)TAk(yk+1+-rk+1)+uk+TBkuk+]]]>