[发明专利]MIMO基于SISO紧格式无模型控制器与系统误差的解耦控制方法

说明书

本发明公开了一种MIMO基于SISO紧格式无模型控制器与系统误差的解耦控制方法，首先根据MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多输入多输出)系统的耦合性特征与倾向性特征，将MIMO系统分解成多个相互耦合的SISO(Single Input and Single Output，单输入单输出)系统；SISO系统采用SISO紧格式无模型控制器进行控制；基于BP神经网络，将系统误差作为输入，以综合考虑所有SISO系统误差贡献的系统误差函数值最小化为目标，采用梯度下降法，并结合控制输入分别针对控制器各待整定参数的梯度信息，进行系统误差反向传播计算，实现SISO紧格式无模型控制器的惩罚因子、步长因子等参数的在线自整定，并同步实现多个SISO系统之间的在线解耦。本发明提出的方法，可实现良好的控制效果，是解决MIMO系统控制难题的有效手段。

技术领域

本发明属于自动化控制领域，尤其是涉及一种MIMO基于SISO紧格式无模型控制器与系统误差的解耦控制方法。

背景技术

MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多输入多输出)系统的控制问题，一直以来都是自动化控制领域所面临的重大挑战之一。MIMO系统的典型特征是耦合性，也就是说：一个输入的变化往往会使多个输出发生变化，一个输出往往也不仅仅受一个输入的影响；但同时，这种耦合性在大多数情况下，尤其是在工业过程自动化控制领域，又会体现出倾向性特征，也就是说：一个输入的变化往往倾向于使某个特定的输出发生显著变化而对其他的输出则影响较小，一个输出往往倾向于被某个特定输入显著影响而受到其他输入的影响则较小。MIMO系统的倾向性特征，为将其分解成多个SISO(Single Input andSingle Output，单输入单输出)系统提供了可行性；而MIMO系统的耦合性特征，又预示着这些SISO系统在分别采用SISO控制器进行控制时必须同步解决多个SISO系统之间的在线解耦难题。

SISO控制器有多种实现方法，其中包括SISO紧格式无模型控制器。SISO紧格式无模型控制器是一种新型的数据驱动控制方法，不依赖被控对象的任何数学模型信息，仅依赖于SISO被控对象实时测量的输入输出数据进行控制器的分析和设计，并且实现简明、计算负担小及鲁棒性强，对未知非线性时变SISO系统也能够进行很好的控制，具有良好的应用前景。SISO紧格式无模型控制器的理论基础，由侯忠生与金尚泰在其合著的《无模型自适应控制—理论与应用》(科学出版社，2013年，第56页)中提出，其控制算法如下：

其中，u(k)为k时刻的控制输入；e(k)为k时刻的系统误差；为k时刻的伪梯度估计值；λ为惩罚因子；ρ为步长因子。

然而，SISO紧格式无模型控制器在实际投用前需要依赖经验知识来事先设定惩罚因子λ和步长因子ρ等参数的数值，在实际投用过程中也尚未实现惩罚因子λ和步长因子ρ等参数的在线自整定。参数有效整定手段的缺乏，不仅使SISO紧格式无模型控制器的使用调试过程费时费力，而且有时还会严重影响SISO紧格式无模型控制器的控制效果，制约了SISO紧格式无模型控制器的推广应用。也就是说：SISO紧格式无模型控制器在实际投用过程中还需要解决在线自整定参数的难题。

为此，本发明提出了一种MIMO基于SISO紧格式无模型控制器与系统误差的解耦控制方法，可以同步解决SISO紧格式无模型控制器在线自整定参数的难题与多个SISO系统之间在线解耦的难题，为解决MIMO系统的控制问题提供了一种新方法。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种MIMO基于SISO紧格式无模型控制器与系统误差的解耦控制方法。

为此，本发明的上述目的通过以下技术方案来实现，包括以下步骤：