[發明專利]參數自整定的MIMO異因子緊格式無模型控制方法

在審

• 申請號: 202010045516.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111522235A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 盧建剛;陳晨
• 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

本發明公開了一種參數自整定的MIMO異因子緊格式無模型控制方法，針對現有的采用同因子結構的MIMO緊格式無模型控制方法的局限性，也就是：在k時刻針對控制輸入向量中的不同控制輸入只能采用相同數值的懲罰因子與相同數值的步長因子的局限性，提出了一種采用異因子結構的MIMO緊格式無模型控制方法，在k時刻針對控制輸入向量中的不同控制輸入可采用不同數值的懲罰因子和/或不同數值的步長因子，能夠解決強非線性MIMO系統等復雜對象中存在的各個控制通道特性各異的控制難題，同時提出了參數自整定的方法以有效克服懲罰因子和步長因子需要費時費力進行整定的難題。與現有的控制方法相比，本發明具有更高的控制精度、更好的穩定性與更廣的適用性。

技術領域

本發明屬于自動化控制領域，尤其是涉及一種參數自整定的MIMO異因子緊格式無模型控制方法。

背景技術

煉油、石化、化工、制藥、食品、造紙、水處理、火電、冶金、水泥、橡膠、機械、電氣等行業的大多數被控對象，包括反應器、精餾塔、機器、設備、裝置、生產線、車間、工廠，本質上都是MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多輸入多輸出)系統。實現對MIMO系統的高精度、高穩定、高適用性控制，對工業的節能降耗、提質增效具有重要意義。然而，MIMO系統的控制難題，尤其是強非線性MIMO系統的控制難題，一直以來都是自動化控制領域所面臨的重大挑戰。

MIMO系統的現有控制方法中包括MIMO緊格式無模型控制方法。MIMO緊格式無模型控制方法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MIMO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，具有良好的應用前景。MIMO緊格式無模型控制方法的理論基礎，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93頁)中提出，其控制算法如下：

其中，u(k)為k時刻控制輸入向量，u(k)＝[u₁(k),…,u_m(k)]^T，m為控制輸入總個數(m為大于1的正整數)；e(k)為k時刻誤差向量，e(k)＝[e₁(k),…,e_n(k)]^T，n為輸出總個數(n為正整數)；Φ(k)為k時刻MIMO系統偽雅克比矩陣估計值，||Φ(k)||為矩陣Φ(k)的2范數；λ為懲罰因子；ρ為步長因子。

上述現有的MIMO緊格式無模型控制方法，采用了同因子結構，也就是說：在k時刻，針對控制輸入向量u(k)中的不同控制輸入u₁(k),…,u_m(k)，只能采用相同數值的懲罰因子λ與相同數值的步長因子ρ。當現有的MIMO同因子緊格式無模型控制方法應用于強非線性MIMO系統等復雜對象時，由于控制通道特性各異，往往難以實現理想的控制效果，制約了MIMO緊格式無模型控制方法的推廣應用。

為此，為了打破現有的MIMO同因子緊格式無模型控制方法的應用瓶頸，本發明提出了一種參數自整定的MIMO異因子緊格式無模型控制方法。

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，提供一種參數自整定的MIMO異因子緊格式無模型控制方法，其特征在于：

當被控對象為MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多輸入多輸出)系統時，所述MIMO異因子緊格式無模型控制方法計算k時刻第i個控制輸入u_i(k)的數學公式如下：