[发明专利]一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法

权利要求书

1.一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法，其特征在于，包括：

基于闭环模型预测控制系统的输入数据和输出数据以及所述控制系统内的各传递函数，计算该控制系统的系统残差值和干扰更新序列；

计算所述系统残差值和所述干扰更新序列的方差比值，作为控制系统中的实际过程模型的质量指标值，基于该指标值判断是否存在模型失配，若模型失配，则采用子空间辨识法辨识所述控制系统的所有子空间矩阵；

对状态变量对应的所述子空间矩阵进行奇异值分解，并计算分解得到的最大、最小奇异值的比值，基于该比值及其阈值，判断所述实际过程模型是否失配，完成失配检测；

所述干扰更新序列的计算具体为采用正交投影法进行评估得到；

所述干扰更新序列的计算包括：

分别建立控制系统的系统残差和设定输入数据的扩展矩阵，并构建由两个所述扩展矩阵合并得到的总扩展矩阵，其中，所述系统残差为关于控制系统输入数据和输出数据的函数；

基于所述系统残差的扩展矩阵以及所述总扩展矩阵，采用正交投影法，求解得到干扰更新序列。

2.根据权利要求1所述的一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法，其特征在于，所述输入数据和所述输出数据的采集方法为：

设定所述控制系统的设定输入初始数据并输入所述控制系统；

采集所述实际过程模型的输出初始数据，并基于所述设定输入初始数据计算所述控制系统中的预测过程模型的输出初始数据；

分别对所述设定输入初始数据和两个所述输出初始数据进行中心化处理，得到处理后的输入数据和输出数据。

3.根据权利要求1所述的一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法，其特征在于，所述控制系统的系统残差e(t)表示为：

e(t)＝(H^o)^-1[y(t)-G^ou(t)]

其中，H^o为所述控制系统中预测过程模型对应的预测过程干扰模型的传递函数，G^o为所述预测过程模型的传递函数，y(t)∈Rⁿ为过程输出数据，u(t)∈Rⁿ为过程输入数据，n表示矩阵的维数，t为当前时刻。

4.根据权利要求1所述的一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法，其特征在于，所述干扰更新序列表示为：

其中，E_P(t)表示t时刻对应的所述总扩展矩阵，表示E_P(t)在其正交子空间上的投影，表示所估计的P×1维的干扰更新序列，P为所述扩展矩阵的窗口大小，为估计的t时刻控制系统外部干扰值。

5.根据权利要求1所述的一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法，其特征在于，所述基于该指标值判断是否存在模型失配，具体为：

根据所述实际过程模型质量指标值的大小，若所述实际过程模型质量指标值的大小大于0.95±0.05，则不存在模型失配，否则，存在模型失配。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种闭环模型预测控制系统的过程模型失配检测方法，其特征在于，所述状态变量对应的所述子空间矩阵为：

Γ^NL_z；

Γ^N＝[C′ C′A′…C′A′^N-1]′；

L_z＝[(A^N-1K A^N-2K…K),(A^N-1B A^N-2B…B)]；

其中，A、B、C和K分别为所述控制系统基于状态空间的表达式中的状态空间矩阵，N表示预测时域。