[發明專利]MIMO基于SISO偏格式無模型控制器與系統誤差的解耦控制方法

有效

• 申請號: 201711187230.3
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108107722B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 盧建剛;李雪園
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發明公開了一種MIMO基于SISO偏格式無模型控制器與系統誤差的解耦控制方法，首先根據MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多輸入多輸出)系統的耦合性特征與傾向性特征，將MIMO系統分解成多個相互耦合的SISO(Single Input and Single Output，單輸入單輸出)系統；SISO系統采用SISO偏格式無模型控制器進行控制；基于BP神經網絡，將系統誤差作為輸入，以綜合考慮所有SISO系統誤差貢獻的系統誤差函數值最小化為目標，采用梯度下降法，并結合控制輸入分別針對控制器各待整定參數的梯度信息，進行系統誤差反向傳播計算，實現SISO偏格式無模型控制器的懲罰因子、步長因子等參數的在線自整定，并同步實現多個SISO系統之間的在線解耦。本發明提出的方法，可實現良好的控制效果，是解決MIMO系統控制難題的有效手段。

技術領域

本發明屬于自動化控制領域，尤其是涉及一種MIMO基于SISO偏格式無模型控制器與系統誤差的解耦控制方法。

背景技術

MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多輸入多輸出)系統的控制問題，一直以來都是自動化控制領域所面臨的重大挑戰之一。MIMO系統的典型特征是耦合性，也就是說：一個輸入的變化往往會使多個輸出發生變化，一個輸出往往也不僅僅受一個輸入的影響；但同時，這種耦合性在大多數情況下，尤其是在工業過程自動化控制領域，又會體現出傾向性特征，也就是說：一個輸入的變化往往傾向于使某個特定的輸出發生顯著變化而對其他的輸出則影響較小，一個輸出往往傾向于被某個特定輸入顯著影響而受到其他輸入的影響則較小。MIMO系統的傾向性特征，為將其分解成多個SISO(Single Input andSingle Output，單輸入單輸出)系統提供了可行性；而MIMO系統的耦合性特征，又預示著這些SISO系統在分別采用SISO控制器進行控制時必須同步解決多個SISO系統之間的在線解耦難題。

SISO控制器有多種實現方法，其中包括SISO偏格式無模型控制器。SISO偏格式無模型控制器是一種新型的數據驅動控制方法，不依賴被控對象的任何數學模型信息，僅依賴于SISO被控對象實時測量的輸入輸出數據進行控制器的分析和設計，并且實現簡明、計算負擔小及魯棒性強，對未知非線性時變SISO系統也能夠進行很好的控制，具有良好的應用前景。SISO偏格式無模型控制器的理論基礎，由侯忠生與金尚泰在其合著的《無模型自適應控制—理論與應用》(科學出版社，2013年，第68頁)中提出，其控制算法如下：

其中，u(k)為k時刻的控制輸入；Δu(k)＝u(k)-u(k-1)；e(k)為k時刻的系統誤差；為k時刻的偽梯度估計值，為的第i個分量(i＝1,…,L)；L為控制輸入線性化長度常數，且為大于1的整數；λ為懲罰因子；ρ₁,…,ρ_L為步長因子。

然而，SISO偏格式無模型控制器在實際投用前需要依賴經驗知識來事先設定懲罰因子λ和步長因子ρ₁,…,ρ_L等參數的數值，在實際投用過程中也尚未實現懲罰因子λ和步長因子ρ₁,…,ρ_L等參數的在線自整定。參數有效整定手段的缺乏，不僅使SISO偏格式無模型控制器的使用調試過程費時費力，而且有時還會嚴重影響SISO偏格式無模型控制器的控制效果，制約了SISO偏格式無模型控制器的推廣應用。也就是說：SISO偏格式無模型控制器在實際投用過程中還需要解決在線自整定參數的難題。

為此，本發明提出了一種MIMO基于SISO偏格式無模型控制器與系統誤差的解耦控制方法，可以同步解決SISO偏格式無模型控制器在線自整定參數的難題與多個SISO系統之間在線解耦的難題，為解決MIMO系統的控制問題提供了一種新方法。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于，提供一種MIMO基于SISO偏格式無模型控制器與系統誤差的解耦控制方法。