[发明专利]一种数据驱动型的控制性能检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种数据驱动型的控制性能检测装置及方法。

背景技术

控制系统的性能对工业生产过程的安全性和经济性具有直接影响。但是，在目前的工业生产过程中，性能不好的控制回路所占的比例非常高，约有66%～80%的控制器并不能达到其应达的性能。因此，研究工业控制系统的性能评价问题具有迫切性，相关成果将具有广阔的应用前景。当前对于控制系统随机性能评价主要是模型驱动的性能评价，但是该类方法复杂难以在实际中应用。基于数据的性能评价方法由于其无需过多的过程知识，故其在实际生产过程的性能评价中更易应用。同时，现代的工业生产过程都建立有完善的生产信息采集与管理系统，从中可以获得大量的生产过程实时数据，基于这些数据实现对于控制回路性能的评价具有实际意义。

发明内容

本发明的目的针对上述背景技术中提到基于模型的系统控制性能检测复杂，易受干扰等不足，提出了一种数据驱动的控制系统性能检测装置及方法。

一种数据驱动的控制系统性能检测装置，该装置包括数据预处理器、分频处理器、频率分类器和性能评价器，其中，

所述数据预处理器、分频处理器、频率分类器和性能评价器依次串联；

所述性能评价器由高频响应性能分析器、中频响应性能分析器、低频响应性能分析器及性能加权器组成，其中，高频响应性能分析器、中频响应性能分析器和低频响应性能分析器均分别与频率分类器和性能加权器相连。

一种数据驱动的控制系统性能检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：数据预处理器对控制系统的系统输出采样利用小波包进行分解，得到一组窄带响应；

步骤2：分频处理器利用经验模态分解方法将各个窄带响应分解为一组固有模态分量；

步骤3：频率分类器利用聚类分析方法将固有模态分量分为三类：高频响应，中频响应，低频响应；

步骤4：所述高频响应性能分析器利用高频响应通过最小方差性能指标计算系统的随机性性能；所述中频响应性能分析器利用中频响应通过无量纲的确定性性能指标计算系统的确定性性能；所述低频响应性能分析器利用低频响应通过其均值计算系统的稳态误差；

高频响应性能分析器，将聚类分析中的高频分量组成系统的随机性响应输出，利用最小二乘算法来计算系统的最小方差性能指标，用于评价系统的随机性性能；

中频响应性能分析器，首先，选取聚类得到中频分量，再用设定值和中频响应之间的输入输出关系估算出系统的传递函数G_cl(s)，并以其等效迟延作为系统延迟d的估计值；其次，通过对给G_cl(s)做阶跃扰动计算调节时间T；最后，计算无量纲的确定性性能指标

低频响应性能分析器，低频性能主要对应于控制系统的稳态误差，通过聚类得到的低频分量，对其求计算低频分量的均值作为稳态误差ε，稳态误差ε反应的是系统的控制精度；

步骤5：通过模糊加权将随机性性能、确定性性能和稳态误差性能进行综合

为：

η=ω₁η₁+ω₂η₂+ω₃η₃，

其中，η为综合控制性能指标；η₁为归一化随机性性能指标；η₂为归一化确定性性能指标；η₃为归一化稳态误差指标；ω_i为第i个加权系数，i=1,2,3。

本发明的有益效果：本发明无需对系统进行建模，直接使用控制系统的日常操作数进行计算，无需进行试验，更不会对系统的正常运行产生任何影响，是无侵入性的系统友好型的方法与装置，可以非常方便的在实际控制系统中进行应用。除此之外，该装置的检测结果是归一化的，其结果易于理解。

附图说明

图1为该装置的整体结构检测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

本发明提供了一种简洁、有效、需要先验知识少、易于计算、对实际控制系统正常运行无影响的数据驱动型的控制系统性能检测方法及装置。