[發(fā)明專利]一種基于切換原理的非均勻采樣系統(tǒng)輸出反饋控制方法及控制器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810947303.2
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN108983616A
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宏偉;連捷
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京君泊知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

本發(fā)明涉及智能控制算法，具體涉及一種基于切換原理的非均勻采樣系統(tǒng)輸出反饋控制方法及控制器，在非均勻采樣系統(tǒng)中，在一個框架周期內(nèi)輸入信號非均勻刷新，輸出信號是均勻采樣。本發(fā)明采用一種切換系統(tǒng)方法來處理刷新時間不確定性問題，采用非均勻保持器讀取數(shù)據(jù)的頻率高于傳感器采樣頻率的策略，將刷新時間間隔看作時延變量，不同時延大小情況下的系統(tǒng)動態(tài)變化用不同子系統(tǒng)模型刻畫，從而將指數(shù)時變項分解為多個定常項，將時延的變化律轉(zhuǎn)化為不同子模型之間的切換律，最終將非均勻采樣系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一類含有若干有限個子系統(tǒng)的離散時間切換系統(tǒng)。本發(fā)明解決了非均勻采樣系統(tǒng)刷新時間間隔不確定和時變的情況下系統(tǒng)控制器的設(shè)計難題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能控制算法，具體涉及一種基于切換原理的非均勻采樣系統(tǒng)輸出反饋控制方法及控制器。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，采用了先進的計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)，在3C融合時代，使得越來越多的系統(tǒng)采用了多種操作頻率，稱為多率采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)，簡稱多率系統(tǒng)。隨著當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，還存在一類更為普遍的多采樣率系統(tǒng)，即輸入信號刷新和(或)輸出信號采樣呈現(xiàn)不等時間間隔的非均勻采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)。例如在石油、電力、冶金、化工、食品、輕紡等過程工業(yè)中，由于設(shè)備價格昂貴或者缺乏在線檢測，可靠性差，維護困難等原因，某些反映產(chǎn)品質(zhì)量水平的關(guān)鍵變量和參數(shù)(如產(chǎn)品成分、濃度、Kappa值、熔融指數(shù)等)，這些關(guān)鍵變量參數(shù)只能通過人工采樣，實驗室化驗分析來獲取數(shù)據(jù)，因此采樣周期較長且采樣時間間隔不規(guī)則。在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中，為了克服冗余數(shù)據(jù)對系統(tǒng)性能的負面影響，傳感器一般采用時間驅(qū)動的工作方式，采樣時間間隔是均勻變化的，而執(zhí)行器一般采用事件驅(qū)動的工作方式，其采樣時間間隔是隨機的，不確定的。同時，受到傳輸距離、網(wǎng)絡(luò)承載能力和通訊帶寬的限制，數(shù)據(jù)在傳輸過程中不可避免存在時延、丟包、亂序等現(xiàn)象，使得實際采樣頻率呈現(xiàn)非均勻性。

上述非均勻周期采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)一般還具有以下特點：測量數(shù)據(jù)在不同采樣時刻、不同采樣頻率得到的；控制輸入信號和輸出信號在時序上呈現(xiàn)非均勻、非同步，刷新時間和采樣間隔不確定的特征；由于某種資源受限(可以是通信網(wǎng)絡(luò)帶寬限制，智能儀器儀表測量限制，人工檢測時間限制，計算能力限制等等原因引起的)，使得輸入信號是時延的；因此在非均勻采樣系統(tǒng)中如何克服輸入信號刷新時間間隔的時變性、不確定性，給系統(tǒng)控制器的設(shè)計造成了很大困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服上述缺陷，提供一種基于切換原理的非均勻采樣系統(tǒng)輸出反饋控制方法及控制器。

在非均勻采樣系統(tǒng)中，在一個框架周期內(nèi)輸入信號非均勻刷新，輸出信號是均勻采樣，這其中輸入信號刷新時間間隔往往是時變的、不確定的。為此，本發(fā)明提出一種切換系統(tǒng)方法來處理刷新時間不確定性問題，采用非均勻保持器讀取數(shù)據(jù)的頻率高于傳感器采樣頻率的策略，將刷新時間間隔看作時延變量，不同時延大小情況下的系統(tǒng)動態(tài)變化用不同子系統(tǒng)模型刻畫，從而將指數(shù)時變項分解為多個定常項，將時延的變化律轉(zhuǎn)化為不同子模型之間的切換律，最終將非均勻采樣系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一類含有若干有限個子系統(tǒng)的離散時間切換系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，利用切換原理保證輸出反饋控制器能夠使非均勻采樣系統(tǒng)指數(shù)穩(wěn)定。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種基于切換原理的非均勻采樣系統(tǒng)輸出反饋控制方法，包括以下步驟：

步驟1，設(shè)定非均勻采樣系統(tǒng)動態(tài)過程模型，S_c是一個被控對象，其在kT+t_ik時刻收到計算機產(chǎn)生的離散輸入信號u(kT+t_ik),i＝1,2,...,p，經(jīng)過零階保持器H_Γ生成一個連續(xù)信號u(t)作為被控對象S_c的輸入，輸出量y(t)以周期T均勻采樣，即在[kT,kT+T)內(nèi)，y(t)＝y(tǒng)(kT)；