[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107203135B
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李曉;孫虹;龍巍;劉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞中子科學(xué)中心
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng),其特征在于：所述的控制系統(tǒng)主要包括反饋控制器和前饋控制器，其中反饋控制器可采用標準的PID控制器，所述的前饋控制器主要包括數(shù)據(jù)對齊模塊、數(shù)據(jù)迭代模塊、數(shù)據(jù)平均模塊和數(shù)據(jù)濾波抑制模塊；

所述的數(shù)據(jù)對齊模塊根據(jù)被控系統(tǒng)運行狀態(tài), 選取自適應(yīng)前饋控制器的采樣周期T以及與之相適應(yīng)的采樣頻率F，利用公式D=T×F得到數(shù)據(jù)存儲器的存儲深度，即數(shù)據(jù)對齊模塊負責將每一個周期中反饋控制器和前饋控制器中的對應(yīng)控制數(shù)據(jù)以及迭代時的前饋數(shù)據(jù)進行一一對齊；

所述的數(shù)據(jù)迭代模塊是對前饋數(shù)據(jù)進行迭代運算，對齊后的多個周期中相應(yīng)點的前饋數(shù)據(jù)進行迭代運算，以獲得被控系統(tǒng)狀態(tài)變化趨勢；

所述的數(shù)據(jù)平均模塊負責將迭代后的前饋數(shù)據(jù)進行平均運算，使前饋數(shù)據(jù)的值更逼近系統(tǒng)所需，更有效的消除外部擾動，減少反饋控制的控制負擔，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定；

所述的數(shù)據(jù)濾波抑制模塊是通過濾波網(wǎng)絡(luò)將輸入的前饋數(shù)據(jù)進行濾波處理，實現(xiàn)前饋數(shù)據(jù)在迭代過程中可能產(chǎn)生的振蕩和不穩(wěn)定性的抑制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng),其特征在于：所述的數(shù)據(jù)迭代模塊根據(jù)被控系統(tǒng)運行狀態(tài),選取存儲器數(shù)量，數(shù)據(jù)按照對齊的規(guī)則，不同周期順序存儲在對應(yīng)存儲器內(nèi)，每個周期內(nèi)數(shù)據(jù)順序存儲在對應(yīng)地址內(nèi)，存儲器空間循環(huán)使用，使用先進先出的原則。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng),其特征在于：所述的數(shù)據(jù)平均模塊對存儲在不同存儲器中相同地址的數(shù)據(jù)，進行算術(shù)平均，得到一組新的數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng),其特征在于：所述的數(shù)據(jù)濾波抑制模塊通過測量反饋控制器帶寬，確定濾波器截至頻率，并結(jié)合采樣頻率F，設(shè)計所需的數(shù)字低通濾波器。

5.利用權(quán)利要求1-4任一項所述的一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于：所述的控制方法主要是通過對前饋數(shù)據(jù)進行的實時處理，構(gòu)成動態(tài)的反饋—前饋控制系統(tǒng)，利用反饋控制系統(tǒng)的輸出作為前饋控制系統(tǒng)的基本組成，將反饋控制時的控制信息作為前饋數(shù)據(jù)的輸入，經(jīng)過自適應(yīng)前饋控制方法的處理后,再作為前饋控制的輸入。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于動態(tài)反饋-前饋的自適應(yīng)控制系統(tǒng)進行控制的方法，其特征在于：所述的自適應(yīng)前饋控制方法包括前饋控制器對模擬信號的采集及轉(zhuǎn)換，對數(shù)字信號的處理和對數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化及輸出順序三個步驟；

所述對模擬信號的采集及轉(zhuǎn)換，是根據(jù)被控系統(tǒng)運行狀態(tài)，選取自適應(yīng)前饋控制器的采樣周期以及與之相適應(yīng)的采樣頻率，即每個周期內(nèi)的采樣點數(shù)量，數(shù)據(jù)按照財通周期和周期內(nèi)的采樣點以數(shù)組的模式被順序儲存，采樣時間窗+FIFO的模式，保留M個周期的數(shù)據(jù)，M+1周期的數(shù)據(jù)將被以先進先出的原則最新周期的數(shù)據(jù)刷新掉，刷新以先進先出為原則；

所述對數(shù)字信號的處理主要包括對數(shù)字信號的調(diào)制解調(diào)、數(shù)字旋轉(zhuǎn)算法和控制算法，其中控制算法由反饋控制器和前饋控制器共同完成，其中反饋控制器可采用標準的PID控制器，反饋控制器的輸入需要通過比較系統(tǒng)輸出與期望行為之間的偏差；前饋控制器主要利用數(shù)據(jù)對齊模塊、數(shù)據(jù)平均模塊、數(shù)據(jù)迭代模塊和數(shù)據(jù)濾波抑制模塊對采集到的數(shù)字信號進行處理，首先利用公式對M個周期對應(yīng)采樣點的數(shù)據(jù)進行平均，以消除隨機誤差，以實現(xiàn)自適應(yīng)修正的功能；然后設(shè)計適合的低通濾波器，對平均后的數(shù)據(jù)進行濾波處理，以確保長期迭代下整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其中，D表示數(shù)據(jù)輸入，即輸入的數(shù)據(jù)，表示第i個采樣周期的數(shù)據(jù)輸入，表示第i個周期和該周期內(nèi)第j個采樣點的數(shù)據(jù)；

所述的對數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化及輸出是將按照采樣周期和采樣頻率經(jīng)過數(shù)字信號的處理的數(shù)據(jù)作為自適應(yīng)前饋控制器輸出。