[發明專利]基于階躍響應的一階慣性加純延遲環節閉環辨識方法

有效

• 申請號: 202111208711.4
• 申請日: 2021-10-18
• 公開（公告）號: CN113885325B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 吳振龍;劉艷紅;霍本巖;楊磊;李方圓;張贊
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 鄭州德勤知識產權代理有限公司 41128
• 代理人: 武亞楠

本發明提出一種基于階躍響應的一階慣性加純延遲環節閉環辨識方法，屬于自動控制技術領域。該方法將采集到的輸出數據集計算得到一級輸出數據集，進一步計算得到二級輸出數據集；給定延遲時間常數和系統增益的初值，基于反饋和前饋控制器的參數、階躍變化的信息以及二級輸出數據集計算得到有用數據集，進一步變換得到三級數據集；基于一級輸出數據集和三級數據集計算得到待辨識參數；更新延遲時間常數和系統增益的數值，得到新的待辨識參數；再次更新延遲時間常數和系統增益的數值，再次得到新的待辨識參數；進行數次迭代，得到最終的待辨識參數。該方法將對象辨識為連續系統，為后續控制策略優化奠定基礎，具有很好的工業應用前景。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，具體的說，涉及了一種基于階躍響應的一階慣性加純延遲環節閉環辨識方法。

背景技術

提高自動控制運行水平的關鍵組成部分是控制策略與控制器參數優化設計，模型是進行控制策略與控制器參數優化設計的基礎。為得到更加精確的系統動態模型，進行系統辨識是必然的選擇。

目前技術比較成熟的辨識方法主要有兩個方向：基于開環系統激勵的開環辨識方法和針對離散系統的閉環辨識方法。前者需要人工介入，需要改變閉環系統的運行方法，在化工、熱力等典型過程工業系統中，考慮到系統的安全以及生產流程的穩定性和安全性，并避免不必要的成本增加，開環辨識方法一般不被允許。針對離散系統的閉環辨識方法由于得到的是離散系統，會使得系統特性分析以及控制器優化設計變的困難，此外，基于離散系統的閉環辨識方法對系統的采樣周期很敏感，由于采樣周期的不合理會造成辨識算法的運算病態，會使得基于辨識得到的離散系統的控制控制策略優化改進和先進控制方法實施失敗。因此，進行基于閉環系統的連續系統辨識是十分必要的。

考慮到工業生產中的穩定性、經濟性和安全性，通過改變待辨識系統的設定值，通過設定值階躍信號獲得相關輸入和輸出的數據結合控制器參數，完成閉環辨識是一種有效和必然的選擇。考慮到工業過程中系統存在由于自身系統的限制，存在一定的延遲，因此，采用一階慣性加純延遲系統描述的系統，其待辨識參數有三個，均需要通過閉環系統的輸入和輸出數據完成辨識。

因此提出一種能夠基于工業過程中的閉環系統階躍響應的輸入和輸出數據能夠辨識出一階慣性加純延遲的連續系統的技術手段是十分有必要的。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，從而提供一種基于階躍響應的一階慣性加純延遲環節閉環辨識方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

本發明第一方面提供一種基于階躍響應的一階慣性加純延遲環節閉環辨識方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1，利用反饋控制器C(s)和前饋控制器C_f(s)相結合對待辨識被控對象進行控制，形成閉環系統；采用一階慣性加純延遲的傳遞函數描述待辨識被控對象，待辨識被控對象的數學表達式如下：

其中，G(s)為待辨識被控對象的傳遞函數，s為微分算子，τ、k和a₁分別為延遲時間常數、系統增益和多項式系數，τ、k和a₁均為待辨識被控對象的待辨識參數；

步驟2，采集閉環系統在設定值階躍響應時的同一時間段內的設定值數據集R₀和輸出數據集Y₀，設定值數據集R₀和輸出數據集Y₀的數據長度為n，采樣周期為ΔT；設定值數據集R₀和輸出數據集Y₀的形式如下：

R₀＝[r₀(1),…,r₀(i),…,r₀(n)]