[发明专利]参数自整定的MIMO异因子全格式无模型控制方法

说明书

本发明公开了一种参数自整定的MIMO异因子全格式无模型控制方法，针对现有的采用同因子结构的MIMO全格式无模型控制方法的局限性，也就是：在k时刻针对控制输入向量中的不同控制输入只能采用相同数值的惩罚因子与相同数值的步长因子的局限性，提出了一种采用异因子结构的MIMO全格式无模型控制方法，在k时刻针对控制输入向量中的不同控制输入可采用不同数值的惩罚因子和/或不同数值的步长因子，能够解决强非线性MIMO系统等复杂对象中存在的各个控制通道特性各异的控制难题，同时提出了参数自整定的方法以有效克服惩罚因子和步长因子需要费时费力进行整定的难题。与现有的控制方法相比，本发明具有更高的控制精度、更好的稳定性与更广的适用性。

技术领域

本发明属于自动化控制领域，尤其是涉及一种参数自整定的MIMO异因子全格式无模型控制方法。

背景技术

炼油、石化、化工、制药、食品、造纸、水处理、火电、冶金、水泥、橡胶、机械、电气等行业的大多数被控对象，包括反应器、精馏塔、机器、设备、装置、生产线、车间、工厂，本质上都是MIMO(Multiple Input and Multiple Output，多输入多输出)系统。实现对MIMO系统的高精度、高稳定、高适用性控制，对工业的节能降耗、提质增效具有重要意义。然而，MIMO系统的控制难题，尤其是强非线性MIMO系统的控制难题，一直以来都是自动化控制领域所面临的重大挑战。

MIMO系统的现有控制方法中包括MIMO全格式无模型控制方法。MIMO全格式无模型控制方法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MIMO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，具有良好的应用前景。MIMO全格式无模型控制方法的理论基础，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116页)中提出，其控制算法如下：

其中，u(k)为k时刻控制输入向量，u(k)＝[u₁(k),…,u_m(k)]^T，m为控制输入总个数(m为大于1的正整数)，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)；e(k)为k时刻误差向量，e(k)＝[e₁(k),…,e_n(k)]^T，n为输出总个数(n为正整数)；Δy(k)＝y(k)-y(k-1)，y(k)为k时刻输出实际值向量，y(k)＝[y₁(k),…,y_n(k)]^T；Φ(k)为k时刻MIMO系统伪分块雅克比矩阵估计值，Φ_p(k)为Φ(k)的第p块(p为正整数，1≤p≤Ly+Lu)，||Φ_Ly+1(k)||为矩阵Φ_Ly+1(k)的2范数；λ为惩罚因子；ρ₁,…,ρ_Ly+Lu为步长因子；Ly为控制输出线性化长度常数，Ly为正整数；Lu为控制输入线性化长度常数，Lu为正整数。

上述现有的MIMO全格式无模型控制方法，采用了同因子结构，也就是说：在k时刻，针对控制输入向量u(k)中的不同控制输入u₁(k),…,u_m(k)，只能采用相同数值的惩罚因子λ与相同数值的步长因子ρ₁，…，相同数值的步长因子ρ_Ly+Lu。当现有的MIMO同因子全格式无模型控制方法应用于强非线性MIMO系统等复杂对象时，由于控制通道特性各异，往往难以实现理想的控制效果，制约了MIMO全格式无模型控制方法的推广应用。

为此，为了打破现有的MIMO同因子全格式无模型控制方法的应用瓶颈，本发明提出了一种参数自整定的MIMO异因子全格式无模型控制方法。

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，提供一种参数自整定的MIMO异因子全格式无模型控制方法，其特征在于：