[發明專利]基于多率遲延狀態空間模型的U控制系統

有效

• 申請號: 202010155262.0
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111308979B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 顧亞;高津津;劉繼承;魯明麗;朱培逸;丑永新
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

1.一種基于多率遲延狀態空間模型的辨識方法的U控制系統，其特征在于包括：

當前時刻輸出的參數辨識，輸入輸出數據已知，根據已知的輸入數據和已知的輸出數據建立遲延系統的辨識模型；通過線性轉換技術，將遲延系統轉換成最小二乘形式的辨識模型，通過辨識模型的初始參數及構造的信息向量逼近輸出數據，模型中未知的參數和信息向量由其估計值代替，結合系統假設的初始狀態和系統可測的輸入輸出數據可以辨識出當前時刻輸出的參數；對辨識出的當前輸出采樣時刻的參數用多新息算法進行辨識，從而得到最終辨識參數值及狀態值；

當前時刻輸出的參數辨識具體為：

(1)令時間k＝1，假設初始參數值n為實數，初始步長1/γ(0)＝1，p₀＝10⁶，是在時間k時對θ的估計；

(2)收集輸入輸出數據u(kτ)和y(kτ)，τ為采樣間隔時間，假設系統為一個過程控制中廣泛存在的狀態空間模型，x(k)∈Rⁿ是狀態向量，指系統的運動狀態，在狀態向量中具有d步的遲延，y(k)是可測量的輸出數據，系統會產生一系列的觀測，這個觀測包括傳感器的觀測，是需要或待控制的系統行為，需要進行觀測的，作為系統輸出，系統的輸出和系統當前狀態和輸入有關，y(k)存在有色噪聲ω(k)，ω(k)由含有零均值隨機噪聲的v(k)構成，考慮狀態x(k)是未知，從可測的輸入輸出數據{u(k)，y(k)：k＝1，2，...}提出聯合估計未知的參數和狀態，輸入數據u(k)和輸出數據y(k)已知；

(3)當遲延d的取值范圍不同，其得到的信息向量和參數向量截然不同；

當遲延d≤n-1時，信息向量中狀態向量x^T(k-n)在x信息向量的中部

其中，n，n_g均為實數，T為轉置；

當遲延d≥n時，信息向量中狀態向量x ^T (k-n)在x信息向量的首位

其中，n和n_g均為實數，在雙率系統中，觀測到的輸出由采樣器采樣，采樣周期是輸入周期的倍數；假設采樣間隔為τ(τ≥2為整數)，則測得的輸入輸出數據為快率{u(k)：k＝0，1，2，...}和慢率{y(kτ)：k＝0，1，2，...}；用kτ替換辨識方程中的k得到輸出方程其中，為信息向量，θ為參數估計向量，ω(kτ)為有色噪聲，這是具有d階狀態遲延的雙率狀態空間系統的辨識模型；

最終辨識參數值為對SG算法進行了擴展：

Y(p，kτ)＝[y(kτ)，y(kτ-1)，…，y(kτ-p+1)]^T，

其中，是前一刻的參數，Y(p，kτ)為矩陣輸出，為矩陣信息，p為新息長度，為新息矩陣；

根據的定義，從中讀出多率遲延狀態空間模型的參數和從而構成狀態空間模型的參數矩陣和

當新息使用參數估計向量來形成系統矩陣/向量和并且基于可觀測狀態空間模型，通過方程計算狀態估計向量其中，為模型參數，為狀態x在時間kτ+τ，kτ，kτ-dτ的估計值，u(kτ)為輸入u在時間kτ的值；

建立基于多率遲延狀態空間模型的線性反饋控制系統，分配閉環系統傳遞函數G；

設控制系統數學模型為常數單位u→y，i為總體個數中的其中一個，G_q作為一個整體，表示控制系統數學模型，q為實數，或已實現虛擬裝配；用求閉環傳遞函數G的逆來確定線性不變控制器G_c1，c為控制器，因此，期望的系統輸出等于控制器G_c1的輸出y_m，y_m作為一個整體，m為實數；

將控制系統數學模型G_q轉換為U模型G_q；

要實現u→y以保證期望的輸出y_m(t)，通過求解方程y_m(t)-G_q＝0來確定控制器輸出u(t)，即u(t)∈y_m(t)-G_q＝0。

2.根據權利要求1所述的基于多率遲延狀態空間模型的辨識方法的U控制系統，其特征在于：輸出辨識模型中存在干擾ω(kτ)，將未知干擾等價為一個系統狀態或變干擾參數，通過連同未知等價干擾一起估算。

3.根據權利要求1所述的基于多率遲延狀態空間模型的辨識方法的U控制系統，其特征在于：定義并極小化準則函數，使用梯度搜索原則，更新參數估計向量

其中，是前一刻的參數，為信息向量，是加快梯度算法的收斂速度，這里γ(kτ)的選擇可確保參數估計誤差收斂到零，是單新息。