[发明专利]一种基于加权多新息随机梯度的球杆模型参数辨识方法

说明书

本发明公开的基于加权多新息随机梯度的球杆模型参数辨识方法，包括：根据杆的倾斜角和球的位置，收集球杆模型的单输入输出数据；基于单输入输出数据，估计得到球杆模型为输出误差模型；构建并利用辅助模型的输出替代输出误差模型的过程无噪输出，构造信息向量、堆积信息矩阵和堆积输出向量，并基于信息向量、堆积信息矩阵和堆积输出向量计算球杆模型的新息向量；基于粒子滤波算法中粒子权值计算的思想，计算新息向量中每个新息的重要性；根据重要性计算每一对应新息的权重，并构造权重向量；重新合理分配多新息随机梯度中每个新息的权重对球杆模型参数进行辨识；本发明可实现快速在线辨识，估计出球杆系统模型中的参数，计算方法简单、高效。

技术领域

本发明属于系统辨识领域，涉及一种球杆系统模型参数辨识方法，具体为一种基于加权多新息随机梯度的球杆模型参数辨识方法。

背景技术

球杆系统是为自动控制、机械电子、电气工程等专业的基础控制课程而设计的教学实验设备，因为球杆系统具有开环不稳定的特性，需要设计控制器才能控制小球的位置，并且其结构简单、直观明了。可满足自动控制原理、现代控制工程等课程的实验要求，也可以作为电机学、电机与拖动、模式识别等课程的实验设备。

球杆系统分为机械部分和控制部分两大组成部分。机械部分是一个典型的四连杆机构，横杆由一根带刻度的不锈钢杆和一根直线位移传感器组成，可以绕其左边的支点旋转，通过控制横杆的角度，就可以控制小球的在横杆上的位置。机械部分采用直流伺服电机驱动，通过控制电机轴的转角，就可以实现对横杆角度的控制。控制部分采用IPM100智能伺服运动控制器，IPM100是基于最新DSP控制器技术的36V，3A全数字智能伺服驱动单元，可以控制直流无刷、有刷或永磁同步交流电机。小球的位置通过直线位移传感器采集，控制器根据位置误差计算控制量，控制电机轴的转角，从而控制横杆的角度，使小球稳定到目标位置。

但是在球杆系统的模型参数辨识上存在以下的问题：(1)传统辨识方法需进行复杂的运算，计算量大，计算速度慢，难以满足实时应用的要求；(2)测量噪声对辨识算法的精度会产生很大的影响。

发明内容

本发明目的是针对上述中现有球杆系统的模型参数辨识计算量大、计算速度慢、对噪声抗干扰能力弱等问题，提供一种基于加权多新息随机梯度的球杆模型参数辨识方法，该方法可快速实时在线辨识，估计球杆系统模型中的参数，具体技术方案如下：

一种基于加权多新息随机梯度的球杆模型参数辨识方法，所述方法包括：

构建一球杆模型，调节所述杆的倾斜角得到不同所述倾斜角下球在杆上的位置，以所述倾斜角作为所述球杆模型的输入、球在杆上的所述位置作为球杆模型的输出，并记录；

基于球杆模型的所述输入和所述输出构建与所述球杆模型对应的输出误差模型；

构建一辅助模型利用所述辅助模型的输出替代所述输出误差模型的过程无噪输出，构造信息向量、堆积信息矩阵和堆积输出向量，并基于所述信息向量、堆积信息矩阵和堆积输出向量计算所述球杆模型的新息向量；

基于粒子滤波算法中粒子权值计算的思想，计算所述新息向量中每个新息的重要性；

根据每个所述新息对应的重要性，计算出每一所述新息相应的权重，并构造权重向量；

采用多新息随机梯度算法合理分配每个所述新息，并对每个新息做加权处理得到每个所述新息对应的权重，并基于加权后的所述新息包含的信息辨识球杆模型的参数。

进一步的，所述构建一辅助模型，利用所述辅助模型的输出替代所述输出误差模型的过程无噪输出包括：

假设所述球杆模型的单输入输出数据为{u(t),y(t)}，构建信息向量：

基于所述信息向量得到辅助模型信息向量：