[发明专利]基于广义预测控制的手自动切换方法

权利要求书

1.一种基于广义预测控制的手自动切换方法，其特征在于，被控对象采用CARIMA模型，其表达式为，

A、B、C是对象的模型参数，均为z^-1的多项式，z^-1表示后移算子，其阶次分别为n_A、n_B、n_C；t为时间因子，表示当前时刻；u(t)为t时刻被控对象模型的输入；y(t+1)为t+1时刻被控对象模型的输出；ξ(t)为t时刻均值为0的白噪声；Δ＝1-z^-1为差分算子；

广义预测控制模块模型t+j时刻后的输出y(t+j)，引入丢番图方程，

1＝E_j(z^-1)AΔ+z^-1F_j(z^-1) (2)

其中，E_j、F_j是由A(z^-1)和预测长度j唯一确定的多项式；

根据式(1)、(2)得到广义预测控制模块模型，

y(t+j)＝E_jBΔu(t+j-1)+F_jy(t) (3)

记G_j＝E_jB，结合式(6)，得到

其中，为多项式G_j的系数；

广义预测控制模块模型在滚动优化过程中采用二次型优化性能指标，

其中，w(t+j)为t+j时刻期望输出，λ为柔化系数，N为预测时间，Nu为控制时间，E是期望运算符号；

令得到广义预测控制最优解为，

Δu＝[Δu(t)，Δu(t+1)…Δu(t+Nu-1)]＝(G^TG+λI)^-1G^T(w-f) (6)

其中，f＝[f(t+1)，f(t+2)，…，f(t+N)]，是未来输出y(t+j)在t+j时刻的信息向量，f(t+j)的计算公式为，

f(t+j)＝z^j-1[G_j-z^-(j-1)g_j-1…-g₀]Δu(t)+F_jy(t) (7)

其中，记K_j＝z^j-1[G_j-z^-(j-1)g_j-1…-g₀]；

记矩阵(G^TG+λI)^-1G^T的第一行H＝[h₁，h₂，…h_N]，记结合式(6)、(7)得：PΔu(t)＝Qw(t)-Sy(t)；

构建广义预测控制模块的模型，其函数表达式如下，

PΔu(t)＝Qw(t)-Sy(t) (8)

其中，P、Q、S表示广义预测控制模块的内部参数；t表示时刻；Δu(t)表示t时刻的控制增量；Δ＝1-z^-1，表示差分算子，z^-1表示后移算子，表示后退一个周期；u(t)表示t时刻被控对象模型的输入，w(t)表示t时刻的期望输出，y(t)表示t时刻被控对象模型的输出；

N表示预测时间、j表示预测长度；

当由广义预测控制模块切换至手动控制模块或PID控制模块时，所述被控对象模型的输入u(t)、所述被控对象模型的输出y(t)反馈至广义预测控制模块，P＝[1 0 … 0]_1×Nu；其中，n_A、n_B表示阶次，N_u表示控制时间；

当由所述手动控制模块或所述PID控制模块切换至所述广义预测控制模块时，Q＝Q₀、S＝S₀、P＝P₀；其中，Q₀为广义预测控制最优解参数；S₀为广义预测控制最优解参数；P₀为广义预测控制最优解参数。