[发明专利]一种基于状态的控制系统性能评价装置与方法

说明书

技术领域

本发明属于控制系统的性能评价技术领域，尤其涉及一种基于状态的控制性能检测装置及方法。 

背景技术

控制系统的性能评价作为控制系统研究的重要分支，对于实现控制系统的优化控制，预知维修，故障预警具有重要的理论和实践意义。良好的性能评估方法和装置，能够给现场的控制工程师提供良好的操作指导，减轻现场工程师的巡检强度。同样，应用良好的性能的评估方法和装置可以很好的提高生产效率，提高产品质量，实现节能降耗。 

发明内容

本发明的技术方案是，一种基于状态的控制系统性能评价装置与方法。 

其特征是该方法包括以下步骤： 

步骤一：将控制系统的输出y通过状态观测获得系统的状态X＝[x₁,x₂,...x_n]；其中n为状态的个数。 

步骤二：将系统的状态X通过线性无关变换得到线性无关的虚拟状态

步骤三：将虚拟状态通过最小二乘方法估计各个状态的最小方差MV＝[mv₁,mv₂,...mv_n]，并将其作为性能评价的基准； 

步骤四：将系统虚拟状态的方差与性能评价基准对应作比较得到各个虚拟状态的性能评价指标Ρ＝[p₁,p₂,...p_n]； 

步骤五：通过线性变换过程得到各个虚拟状态的重要程度，也就是各个虚拟状态的加权系数W＝[ω₁,ω₁,...ω₃]； 

步骤六：计算系统的性能η结果如下： 

η＝W^TΡ＝ω₁p₁+ω₂p₂+...ω_np_n                 (1) 

本发明的性能评价方法得到的性能评价结果值是位于0,1之间的，越大说明性能越好，越小说明控制性能越差。 

本发明装置包括数据转换系统和控制系统性能评估系统两大部分，其中：数据转换系统包含状态观测器和线性无关变换器两部分；控制系统性能评估系统由基准计算器、加权器，性能比较器，性能综合器四部分组成。 

数据转换系统与控制系统性能评价系统以串联方式前后连接；数据转换系统的状态观测器和线性无关 变换器以串联方式连接；控制性能评价系统中的基准估计器以线性无关变换器的输出作为输入，其输出作为性能比较器的输入；性能比较器以线性无关变换器的输出和基准估计器的输出为输入，其输出作为性能综合器的输入；加权器以线性无关变换器的输出为输入，其输出作为性能综合器的输入；性能综合器以加权器和性能比较器的输出作为输入，其输出时系统的性能评价结果。 

装置的各部分功能如下： 

状态观测器：实现状态估计； 

线性无关变换器：实现状态的线性无关变换得到虚拟状态； 

基准估计器：性能评价基准的估计； 

性能比较器：实现各个虚拟状态的性能与其基准性能的比较； 

加权器：求解各个虚拟状态的权重系数； 

性能综合器：综合考虑各个虚拟状态的权重系数和性能计算控制系统的综合性能。 

附图说明

图1：基于状态的控制系统性能评价装置原理图 

具体实施方式

下面结合附图，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。 

为检测估计控制系统的性能，本发明提供控制系统的性能检测方法及装置。如附图1所示，本发明主要包括数据转换系统和控制系统性能评估系统两大部分，其中：数据转换系统包含状态观测器和线性无关变换器两部分；控制系统性能评估系统由基准计算器、加权器，性能比较器，性能综合器四部分组成。该方法与装置具体实现如下： 

1.状态观测器 

通常的控制系统可以描述如下：