[发明专利]一种基于斜坡响应的双控制器闭环系统辨识方法

说明书

本发明提出一种基于斜坡响应的双控制器闭环系统辨识方法，属于自动控制技术领域。将提取得到的闭环系统设定值和输出的序列集均减去设定值斜坡变化前的稳态值得到设定值和输出第一级序列集，设定值和输出第一级序列集通过数学计算得到设定值和输出第二级序列集；结合待辨识对象的已知延迟时间常数、串联反馈控制器参数、设定值和输出第二级序列集，通过计算得到一阶惯性加纯延迟系统的待辨识参数。该方法通过适当变换可以得到二阶惯性加纯延迟系统的待辨识参数。本发明能够辨识含双控制器的被控对象，为控制策略设计和优化提出模型，具有一定的应用潜力。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其是一种基于斜坡响应的双控制器闭环系统辨识方法。

背景技术

随着工业自动化水平的提高，对控制性能的要求也越来越高。为了提高系统的控制性能，如何设计控制策略和优化控制策略的参数变得更加重要。然而控制策略设计和参数优化需要已知系统模型。为了保证系统的安全进行，工业生产中一般不允许进行开环试验，尽管开环试验的辨识方法比较成熟，开环辨识过程中需要从自动投入状态改为人工操作状态，会打断工业生产的连续性，也会带来一定的成本增加。此外，工业过程中有一类存在串联控制器的系统，该类系统均有两个控制器，对于如何在闭环条件下能够得到该类串联控制器系统的模型目前的研究还比较欠缺。此外，由于设定值在变化时一般是按照一定速率变化，设定值的变化不是严格意义的阶跃响应而是斜坡响应，因此研究基于斜坡响应的双控制器闭环系统辨识方法是十分必要的。在工业过程中，大部分过程通过都可以通过一阶惯性加纯延迟或者二阶惯性加延迟的传递函数系统进行描述，由于延迟的时间常数可以根据闭环系统的输入和输出数据的关系直接获得，一阶惯性或者二阶惯性中的其他参数需要进行辨识。

因此提出一种针对含双控制器系统的基于工业过程中的闭环系统斜坡数据和输出数据的闭环辨识方法，能够解决含双控制器系统的闭环辨识方问题，为进一步的控制策略设计以及参数优化，并为先进控制方法实施提供模型基础，具有很强的工业应用价值和应用前景。

发明内容

本发明的目的是解决一类含双控制器系统的闭环辨识问题，提出一种基于斜坡响应的双控制器闭环系统辨识方法。

本发明第一方面提出一种基于斜坡响应的双控制器闭环系统辨识方法，该方法包括以下步骤：

1)采用一阶惯性加纯延迟的传递函数描述待辨识对象，待辨识对象的数学表达式如下：

其中，G(s)为对象的传递函数，s和τ分别为微分算子和待辨识对象已知的延迟时间常数，a₁和a₂为待辨识对象的待辨识参数；

2)提取由待辨识对象、两个反馈控制器和前馈控制器组成的闭环系统在设定值斜坡变化前后的同一时间段内的设定值序列集R₀和输出序列集Y₀；

3)闭环系统在设定值斜坡变化前的稳态值为r_ss，将步骤2)中提取的设定值序列集R₀和输出序列集Y₀中每一个数据均减去稳态值r_ss，分别得到设定值第一级序列集R₁和输出第一级序列集Y₁；

4)闭环系统设定值斜坡响应的幅值为l，斜率为γ，定义不超过τ/ΔT的最大整数为不超过(τ+l/γ)/ΔT的最大整数为ξ；对步骤3)中得到的设定值第一级序列集R₁中的数据进行代数变换得到设定值第二级序列集R₀₁、R₁₁、R₂₁、R₃₁和R₄₁中的数据；设定值第二级序列集R₀₁、R₁₁、R₂₁、R₃₁和R₄₁中数据的数据长度为n；