[發明專利]向量時間序列預測專家模糊變比控制參數優化方法和系統

有效

• 申請號: 201310393336.4
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN103499920A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 劉經緯;王普;陳佳明;楊磊;劉丹華;楊蕾;司羅;李會民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種向量時間序列預測專家模糊變比控制參數優化方法，其特征在于：

該方法由步驟(001)至步驟(014)共14個步驟組成：

步驟(001)：初始化：

初始化最大計算周期Kmax：其中Kmax＝0或Kmax∈N，N表示自然數，如果Kmax＝0，表示控制算法永遠不終止；

初始化當前計算周期k：k＝１；

初始化控制目標Rin(k)：Rin(k)=f(k)，其中f(n)表示控制目標函數，即根據時刻n給出控制目標；

初始化預測步長為L_predict，L_predict為正整數，根據工程經驗，其取值范圍參考為：1≤L_predict≤50;

初始化預測啟動時刻T_predict,根據工程經驗，其取值范圍參考為：5%·Kmax≤T_predict≤10%·Kmax，如果Kmax＝0，10·L_predict≤T_predict≤100;初始化系統輸出yout(k)＝0;

確定專家模糊變比推理規則和初始化專家模糊變比推理規則參數；

步驟(002)：系統真實輸出采集：當本發明提出的方法用于真實系統時，yout_real(k)是真實存在的被控對象產生的，通過采集裝置，采集被控對象產生真實輸出yout_real(k);當本發明提出的方法用于計算機仿真實驗時，yout_real(k)是通過被控對象的數學模型計算得出的：當前計算時刻k＝1時，直接賦值yout_real(k)＝1；當前計算時刻k＞1時,yout_real(k)是在第k-1個執行周期被計算得出的；

步驟(003)：判斷是否啟動預測：如果當前時刻尚未到達預測啟動時刻，即k＜T_prsdict，則不啟動預測，跳轉到步驟(004)；如果當前時刻到達預測啟動時刻，即k≥T_predict，則啟動預測，跳轉到步驟(005)；

步驟(004)：直接賦值：尚未啟動預測，則參與誤差計算的yout(k)＝yout_real(k-1);

步驟(005)：預測輸出：啟動了預測，則參與誤差計算的yout(k)＝y_predict(k)；計算方法采用向量時間序列預測方法：向量時間序列預測算法的輸入為以下五個變量的時間序列：比例控制參數時間序列K_p(1)，K_p(2)，...，K_p(k)、積分控制參數時間序列K_i(1),K_i(2),...,K_i(k)、微分控制參數時間序列K_d(１),K_d,(2),...,K_d(k)、控制量時間序列u(1),u(2),...,u(k)、控制系統輸出yout_real(1)，yout_real(2)，...，yout_real(k);向量時間序列預測算法的輸出為k時刻后第L_predict時刻的系統輸出y_predict(k);

步驟(006)：誤差計算：根據被控對象當前時刻的采樣值yout(k)與被控對象的目標值rin(k)計算出當前時刻的誤差e(k),其中e(k)＝yout(k)-rin(k);

步驟(007)：誤差變化率計算：計算當前時刻的誤差e(k)與前一時刻的誤差e(k-1)之間的誤差變化率ec(k),其中ec(k)＝e(k)-e(k-1);

步驟(008)：控制參數變比計算：根據模糊控制器參數T_FA或者專家規則表T_EA，采用模糊計算或者查詢專家規則表的方法，模糊計算方法或者查詢專家規則表方法的輸入為：當前時刻誤差e(k)和誤差變化率ec(k),模糊計算方法或者查詢專家規則表方法的輸出為控制參數變比R_p(k)、R_i(k)、R_d(k);

步驟(009)：控制參數計算：根據公式1、公式2、公式3計算出控制參數K_p(k)、K_i(k)、K_d(k);

K_p(k)＝R_p(e(k),ec(k))·K_p(k-1)???公式1

K_i(k)＝R_i(e(k),ec(k))·K_i(k-1)???公式2

K_d(k)＝R_d(e(k),ec(k))·K_d(k-1)???公式3

步驟(010)：計算控制量：采用數字PID算法，數字PID算法的輸入是控制參數K_p(k)、K_i(k)、K_d(k),輸出是控制量u(k);

步驟(011)：被控對象產生真實輸出：當本發明提出的方法用于真實系統時，控制量作用于被控對象，被控對象產生真實輸出yout_real(k);當本發明提出的方法用于計算機仿真實驗時，通過被控對象的數學模型計算得出yout_real(k)，上述被控對象的數學模型的輸入是控制量u(k),輸出是被控對象產生真實輸出yout_real(k);

步驟(012)：計算周期自增：即當前時刻k＝k+1；

步驟(013)：判斷是否結束：如果最大執行周期Kmax＞0且當前時刻k＞Kmax，則跳轉到步驟(014)：結束；如果最大執行周期Kmax＝0，則跳轉到步驟(002)，重復執行過程；

步驟(014)：結束。