[發明專利]一種無模型潛變量自適應控制技術

在審

• 申請號: 202210416922.5
• 申請日: 2022-04-20
• 公開（公告）號: CN114859714A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 林明明;池榮虎;林娜;劉洋;劉志卿
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 許莉

本發明公開一種針對工業過程控制中非方系統的無模型潛變量自適應控制技術，屬于過程控制領域。本發明主要針對非方系統輸入輸出個數不同引起難以控制的問題，控制技術方案如下：獲取非方系統的輸入輸出數據，并進行歸一化處理；利用處理后的數據建立偏最小二乘外部模型，獲得輸入輸出數據的負載矩陣；采用一般非線性系統描述潛變量之間的關系；將潛變量之間的非線性關系動態線性化為等價動態線性數據模型；構造偏最小二乘控制框架，在潛空間中設計無模型自適應控制器，實現對非方系統的控制；本發明公開的數據驅動的潛變量無模型自適應控制技術，可以使非方系統實現自動解耦和變量配對，使用了數據驅動的方法，避免了傳統解耦及對模型信息的依賴，具有較好的跟蹤性能。

技術領域

本發明屬于過程控制領域，更具體地，涉及一種工業過程中非方系統的無模型潛變量自適應控制技術。

背景技術

實際工業生產過程中，存在大量輸入變量與輸出變量數目不相等的非方系統。對于非方系統，最簡單的處理方法是根據性能需求和系統特性，通過增加或刪除變量的方式使其轉化成方形系統，再根據方形系統的控制理論來設計控制器。這種方法的缺點是，添加輸入或輸出量會增加控制的成本，刪除輸入或輸出量會降低控制的品質，而且由于系統的部分信息被忽略，可能引入右半平面極點造成系統不穩定，這給控制器設計增加了難度。現行的針對非方系統的控制方法通常是采用系統廣義逆矩陣作為系統的解耦控制器。然而，在這個過程中會引入大量的計算，得到的解耦控制器結構復雜，容易引入較多的傳輸誤差和測量誤差，而且這種方法需要精確的數學模型，存在“未建模動態”問題。隨著通信和計算機技術的迅速發展，企業每天產生的大量生產數據被采集和存儲，這些數據中蘊含了系統的運行信息，利用它們直接進行控制器設計，可以避開針對被控系統的復雜建模過程以及建模過程引起的未建模動態和不確定性問題，從本質上降低控制系統設計對被控對象模型的依賴性。

針對工業過程中的非方系統，為了克服傳統解耦控制的缺點，以及基于數學模型方法的“未建模動態”問題，有必要設計一種既不需要傳統解耦也不依賴系統模型的潛變量自適應控制技術。

發明內容

本發明公開的一種無模型潛變量自適應控制技術的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種工業過程中非方系統的控制技術，使其結構簡單、易實現，并且控制器的設計不依賴于被控對象的精確數學模型。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

本發明公開的一種無模型潛變量自適應控制技術，主要針對工業過程中的多變量非方系統，在偏最小二乘的控制框架下，將原始空間變量投影到潛空間變量，從而在潛空間中設計無模型自適應控制器，既避免了傳統的解耦控制，同時所設計的控制器能夠不依賴具體模型信息，具有較好的適用性。

本發明公開的一種無模型潛變量自適應控制技術，所述技術包括以下步驟：

步驟1、獲取非方系統的輸入、輸出數據，分別記為X和Y，并將其進行歸一化處理，記錄歸一化矩陣W_x，W_y；

步驟2、利用歸一化后的輸入、輸出數據建立偏最小二乘外部模型：

其中，

t_r，p_r分別表示第r個輸入潛變量及其負載向量；

v_r，q_r分別表示第r個輸出潛變量及其負載向量；

T，V分別表示輸入、輸出得分矩陣；

P，Q分別表示輸入、輸出負載矩陣；

E，F分別表示輸入、輸出殘差矩陣；

R表示主元(潛變量)個數；