[发明专利]一种数据驱动的复杂控制系统扰动解耦容错控制方法

说明书

本发明公开了一种数据驱动的复杂控制系统扰动解耦容错控制方法，包括：步骤一、离线解耦，利用复杂控制系统正常工况下运行数据构造扰动解耦矩阵，实现对扰动的离线解耦；步骤二、在线容错控制，对复杂控制系统实时运行工作过程中产生的测量数据进行在线扰动解耦，并利用解耦后的数据构建容错控制器，进而使复杂控制系统在故障发生后仍能达到期望的控制目标。本发明提供一种数据驱动的复杂控制系统扰动解耦容错控制方法，具有不依赖于复杂控制机理精确建模，仅通过复杂控制系统的运行数据即可实现容错控制的优势，避免了因机理建模不精确而导致的控制性能降低及容错控制失效；对扰动进行主动在线解耦，使得容错控制性能在较大扰动情况下依然适用。

技术领域

本发明涉及数据驱动的复杂控制系统扰动解耦容错控制方法，具体涉及数据驱动扰动解耦和数据驱动的容错控制。

背景技术

目前，复杂控制系统广泛存在于现代关重装置中，为满足关重装置稳定可靠地运行，各类复杂控制系统均需具备较高的容错能力，即系统在发生故障后仍能达到期望的控制性能。然而，复杂控制过程一般难以进行精确地机理建模，且系统中通常存在确定性扰动，这对于研究控制系统的容错能力带来了一定的挑战。

另一方面，随着现代关重装置过程逐步迈向数字化和信息化，数据采集和存储的能力逐步提高，从而产生了大量运行数据。这些运行数据包含了复杂控制系统运行过程中的各方面信息，但却没有被充分利用。如何利用这些运行数据对存在确定性扰动的复杂控制系统进行容错控制器设计，保证复杂控制系统在扰动较强、故障较大的情况下仍能保持可接受的控制性能是容错控制的研究目标。

发明内容

本发明的目的是解决至少上述复杂控制过程的容错控制问题，并至少提供后面将说明的优点。本发明提供了一种数据驱动的复杂控制系统扰动解耦容错控制方法，在确定性扰动情况下，能够解决复杂控制系统容错控制器的设计问题，保证复杂控制系统在确定性扰动和故障的情况下仍能达到容错控制性能和期望的控制目标。

为了实现上述本发明的目的及其它优点，本发明提供了一种数据驱动的复杂控制系统扰动解耦容错控制方法，包括：

步骤一、离线解耦，利用复杂控制系统正常工况下的运行数据构造扰动解耦矩阵(扰动指如电机的负载变化、真空腔体漏气等确定性扰动)，实现对扰动的离线解耦；

步骤二、在线容错控制，对复杂控制系统实时运行工作过程中产生的测量数据进行在线扰动解耦，并利用解耦后的数据构建容错控制器，实现控制信号的在线更新，进而使复杂控制系统在故障发生后仍能达到期望的控制目标；

其中，所述扰动被配置为包括电机负载、真空腔体漏气的确定性扰动。

优选的是，其中，步骤一所述的构造离线解耦矩阵，包括以下几个步骤流程：

步骤A1：在复杂控制系统扰动可测的前提下，采集N组复杂控制系统正常工况下的输入信号u、输出信号y、扰动信号d，在预定的过去步长s_p和未来步长s_f内构造对应的Hankel矩阵；

步骤A2：对Hankel矩阵做LQ分解；

步骤A3：计算转换矩阵L_zp和L_df；

步骤A4：构造扰动离线解耦矩阵L_d，实现对扰动的离线解耦。

优选的是，其中，步骤A1所述信号的Hankel矩阵可以通过以下公式来构造：

其中，