[發(fā)明專利]MIMO基于SISO偏格式無(wú)模型控制器與系統(tǒng)誤差的解耦控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711187230.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108107722B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧建剛;李雪園
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

1.MIMO基于SISO偏格式無(wú)模型控制器與系統(tǒng)誤差的解耦控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟(1)：針對(duì)具有mi個(gè)輸入與mo個(gè)輸出的MIMO(Multiple Input and MultipleOutput，多輸入多輸出)系統(tǒng)，其中mi為大于或等于2的整數(shù)，mo為大于或等于2的整數(shù)，選取mi個(gè)輸入中的一個(gè)輸入與mo個(gè)輸出中的一個(gè)輸出，構(gòu)成一個(gè)SISO(Single Input andSingle Output，單輸入單輸出)系統(tǒng)；重復(fù)m次，其中m≥1且m≤mi且m≤mo且m為整數(shù)，構(gòu)成m個(gè)SISO系統(tǒng)，其中任意之一SISO系統(tǒng)的輸入都不作為其他SISO系統(tǒng)的輸入，任意之一SISO系統(tǒng)的輸出都不作為其他SISO系統(tǒng)的輸出；所述m個(gè)SISO系統(tǒng)采用m個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器進(jìn)行控制；

步驟(2)：針對(duì)第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器，其中1≤j≤m，確定其控制輸入線性化長(zhǎng)度常數(shù)L_j，L_j為大于1的整數(shù)；所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器參數(shù)包含懲罰因子λ_j和步長(zhǎng)因子確定所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)，所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)，為所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器參數(shù)的部分或全部，包含懲罰因子λ_j和步長(zhǎng)因子的任意之一或任意種組合；確定第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)、隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)、輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，所述輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)不少于所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)個(gè)數(shù)；初始化第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層權(quán)系數(shù)、輸出層權(quán)系數(shù)；如果m≥2，則針對(duì)其他m-1個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器，重復(fù)執(zhí)行本步驟；

步驟(3)：將當(dāng)前時(shí)刻記為k時(shí)刻；

步驟(4)：計(jì)算k時(shí)刻的{梯度信息集}；

針對(duì)第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器，其中1≤j≤m，具有步驟(4-1)、步驟(4-2)、步驟(4-3)、步驟(4-4)、步驟(4-5)的處理：

所述步驟(4-1)為：基于第j個(gè)SISO系統(tǒng)輸出期望值與第j個(gè)SISO系統(tǒng)輸出實(shí)際值，采用第j個(gè)SISO系統(tǒng)誤差計(jì)算函數(shù)，計(jì)算得到k時(shí)刻的第j個(gè)SISO系統(tǒng)誤差，記為e_j(k)；所述第j個(gè)SISO系統(tǒng)誤差計(jì)算函數(shù)的自變量包含第j個(gè)SISO系統(tǒng)輸出期望值與第j個(gè)SISO系統(tǒng)輸出實(shí)際值；

所述步驟(4-2)為：將步驟(4-1)計(jì)算得到的第j個(gè)SISO系統(tǒng)誤差及其函數(shù)組、第j個(gè)SISO系統(tǒng)輸出期望值、第j個(gè)SISO系統(tǒng)輸出實(shí)際值的任意之一或任意種組合，記為集合{系統(tǒng)誤差j}，并作為第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入；

所述步驟(4-3)為：基于步驟(4-2)所述的第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前向計(jì)算，計(jì)算結(jié)果通過(guò)第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層輸出，得到所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)的值；

所述步驟(4-4)為：基于步驟(4-3)得到的第j個(gè)SISO系統(tǒng)在k時(shí)刻的系統(tǒng)誤差e_j(k)、步驟(4-3)得到的所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)的值，采用SISO偏格式無(wú)模型控制器的控制算法，計(jì)算得到第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器針對(duì)被控對(duì)象在k時(shí)刻的控制輸入u_j(k)；

所述步驟(4-5)為：基于步驟(4-4)得到的所述控制輸入u_j(k)，計(jì)算所述控制輸入u_j(k)分別針對(duì)第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器各個(gè)待整定參數(shù)在k時(shí)刻的梯度信息，所述梯度信息的具體計(jì)算公式如下：

當(dāng)所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)中包含懲罰因子λ_j時(shí)，所述控制輸入u_j(k)針對(duì)所述懲罰因子λ_j在k時(shí)刻的梯度信息為：

當(dāng)所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)中包含步長(zhǎng)因子ρ_j,1時(shí)，所述控制輸入u_j(k)針對(duì)所述步長(zhǎng)因子ρ_j,1在k時(shí)刻的梯度信息為：

當(dāng)所述第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器待整定參數(shù)中包含步長(zhǎng)因子ρ_j,i且2≤i≤L時(shí)，所述控制輸入u_j(k)針對(duì)所述步長(zhǎng)因子ρ_j,i在k時(shí)刻的梯度信息為：

其中，Δu_j(k)＝u_j(k)-u_j(k-1)，為第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器在k時(shí)刻的偽梯度估計(jì)值，為的第i個(gè)分量，其中i＝(1,…,L_j)；

上述全部所述梯度信息的集合記為{梯度信息j}，放入集合{梯度信息集}；

如果m＝1，則所述{梯度信息集}不變，然后進(jìn)入步驟(5)；

如果m≥2，使m個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器中的每一個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器均具有步驟(4-1)、步驟(4-2)、步驟(4-3)、步驟(4-4)、步驟(4-5)的處理過(guò)程；當(dāng)m個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器中的每一個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器都已經(jīng)完全執(zhí)行步驟(4-1)、步驟(4-2)、步驟(4-3)、步驟(4-4)、步驟(4-5)的處理，則所述{梯度信息集}包含全部{{梯度信息1},…,{梯度信息m}}的集合，然后進(jìn)入步驟(5)；

步驟(5)：針對(duì)第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器，其中1≤j≤m，以系統(tǒng)誤差函數(shù)的值最小化為目標(biāo)，采用梯度下降法，結(jié)合所述步驟(4)得到的所述{梯度信息集}，進(jìn)行系統(tǒng)誤差反向傳播計(jì)算，更新第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層權(quán)系數(shù)、輸出層權(quán)系數(shù)，作為后一時(shí)刻第j個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行前向計(jì)算時(shí)的隱含層權(quán)系數(shù)、輸出層權(quán)系數(shù)，與此同時(shí)若m≥2則同步實(shí)現(xiàn)第j個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器與其他m-1個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器的解耦；所述系統(tǒng)誤差函數(shù)的自變量包含m個(gè)SISO系統(tǒng)誤差、m個(gè)SISO系統(tǒng)輸出期望值、m個(gè)SISO系統(tǒng)輸出實(shí)際值的任意之一或任意種組合；

如果m＝1，則進(jìn)入步驟(6)；

如果m≥2，則針對(duì)其他m-1個(gè)SISO偏格式無(wú)模型控制器，重復(fù)執(zhí)行本步驟，直至全部m個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的隱含層權(quán)系數(shù)、輸出層權(quán)系數(shù)都得到更新，然后進(jìn)入步驟(6)；

步驟(6)：全部m個(gè)所述控制輸入{u₁(k),…,u_m(k)}作用于被控對(duì)象后，得到被控對(duì)象在后一時(shí)刻的全部m個(gè)SISO系統(tǒng)輸出實(shí)際值，返回到步驟(3)，重復(fù)步驟(3)到步驟(6)。