基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法技术

本发明专利技术的基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法，包括以下步骤：a).采集离线运行工况数据和产品质量指标数据；b).采用主元分析法PCA进行特征提取；c).首先采用聚类方法ISODATA对信息进行聚类，然后进行工况模式分类，使工况模式类别与质量模式类别之间存在“一组相同或相似工况的模式样本得到相同或相似质量指标参数的产品”的对应关系；d).获取工况模式类别信息；e).工况模式类别的度量；f).构建系统动力学描述方式。本发明专利技术的无模型自适应控制方法，无需操作员工对设备生产的流程、工艺等一系列情况非常熟悉，对现场操作人员的要求降低，即可实现设备的顺利运行和生产，且可保证产品的质量。且可保证产品的质量。且可保证产品的质量。

【技术实现步骤摘要】
基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法


[0001]本专利技术涉及一种自适应控制方法，更具体的说，尤其涉及一种基于模 式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法。

技术介绍

[0002]从系统动力学特性的角度考虑，当前在冶金、化工、建材等行业中存 在着一类具有如下特征的大型生产设备(如烧结机、球团竖炉、水泥回转 窑等)：
[0003]1)设备运行能耗高、工艺复杂、系统内部机理现阶段尚不能采用有效 的数学物理方程进行描述；
[0004]2)表征此类设备产品质量的参数繁多、设备运行工况的维度较高且其 自由度难以确定，系统运动的分布式特性、非线性、参数时变性和摄动等 复杂特性难以精确描述；
[0005]3)刻画运行工况的诸特征变量之间、诸特征变量与产品质量之间的对 应关系大部分还无法通过确定性的数学方程进行描述，而仅仅存在着统计 意义上的对应关系。
[0006]针对具有上述特征的一类复杂生产系统，当前采用的控制方案部分仍 处在基于经验模型的控制阶段，有些甚至仍处于手动操作模式的自动化升 级改造阶段。从冶金行业的企业信息化五级构架角度考虑，设备层的控制 器方案属于最基础的第一级，称为PLC(Programmable logic controller) L1.0，其控制性能的优劣对整体的智能化程度、节能效果起着关键性作用。 据调研，国内安阳钢铁企业、广西隆盛所投产的烧结机及加热炉设备等， 其一级PLC控制系统大部分仍然处于基于经验的手动参数配置和操控阶 段，对现场操作人员的要求较高，需要操作员工对设备生产的流程、工艺 等一系列情况非常熟悉才能保证设备顺利运行和生产。运行设备的手动参 数配置是否合理直接导致了设备生产效率和产品质量的优劣，具有较大的 随机性。因此，此类生产过程的系统建模、参数辨识与控制器设计必然需 要新的思路和设计方案，这也正是本控制器研制的出发点。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种基于模式运动的全 格式动态线性化无模型自适应控制方法。
[0008]本专利技术的基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法， 包括构建基于模式及混合度量的系统动力学描述方式过程，以及构建基于 模式运动的动态线性化无模型自适应控制器过程，其特征在于，所述构建 基于模式及混合度量的系统动力学描述方式过程通过以下步骤来实现：
[0009]a).数据采集和构建子空间，采集待描述生产设备的大量离线运行工况 数据和产品质量指标数据，构建产品质量子空间和设备运行工况子空间；
[0010]b).数据特征提取，首先对产品质量子空间和设备运行工况子空间中的 数据进行标准化处理，然后采用主元分析法PCA分别对质量指标数据和运 行工况数据进行特征提取，获得质量指标数据和运行工况数据的第一主元 信息；
[0011]c).聚类和分类分析，首先采用聚类方法ISODATA对产品质量子空间中 的第一主元信息进行聚类，然后在产品质量聚类结果的监督下对运行工况 子空间中的第一主元信息进行工况模式分类，通过产品质量聚类的结果来 调整量化分类方法的参数，使工况模式类别与质量模式类别之间存在“一 组相同或相似工况的模式样本得到相同或相似质量指标参数的产品”的对 应关系；
[0012]d).获取工况模式类别信息，经步骤c)对生产设备运行工况数据进行工 况模式分类M(
·
)后，得到包括如下工况模式类别的信息：运行工况模式类 别的个数N，每个工况模式类别的类别中心c
i
和类别半径r
i
，每个模式类别 的类别阈值C
i
，i＝1,2,
…
,N；
[0013]e).工况模式类别的度量，将工况模式类别作为一个运动的变量进行处 理，随时间变化的工况模式对应随时间运动的变量模式类别，采用类别中 心显式度量D(
·
)和隐式度量相结合的混合度量方法，将工况模式类别 度量到可计算空间；
[0014]f).构建系统动力学描述方式，最后，在可计算空间中，采用工况模式 类别变量的度量值序列{sx(k)}、与生产设备输入序列{u(k)}，构建生 产设备生产过程的系统动力学描述方式。
[0015]本专利技术的基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法， 步骤a)中所采集的生产设备的运行工况数据序列为： {y(k)＝[y1(k),y2(k),
…
,y
n
(k)]}，k＝1,2,
…
,L，y(k)为k时刻生产设备的运行工况 数据；步骤b)中对数据进行标准化处理后，通过PCA方法进行特征提取T(
·
) 操作，所获取的第一主元信息为{y
p
(k)＝T(y(k))}；步骤c)中所获取的运行工 况模式表示为：dx(k)＝M(y
p
(k))，dx(k)表示k时刻的模式类别；
[0016]步骤c)中对运行工况子空间中的第一主元信息进行工况模式分类过程 中，在质量聚类结果的监督下，采用如公式(1)所示的改进量化分类
‑
显式 度量算法：
[0017][0018]其中，ρ0∈(0,1)，κ0为第 一主元的最大工作范围，其满足，i＝1,2,
…
,N；给定工作点0所在模式类别 的初始类别半径上限r0和其他划分参数ρ0、κ0，根据量化分类表达式可知， 当第一主元序列{y
p
(k)}被划分成了2N+1个区间， 因此，得到2N+1个模式类别中心c
i
，类别半径以及模式类别P
i
的类别阈值C
i
＝c
i
+r
i
；
[0019]步骤e)中对工况模式的类别中心显式度量表达式为sx(k)＝D(dx(k))，得 到k时刻工况模式类别变量的类别中心；对工况模式的类别中心隐式度量 表达式为隐式度量与显示度量sx(k)之间存在确定的数 学关系：
其中r(k)表示k时刻的工况模式类别的类别半 径；
[0020]步骤f)中，构建如公式(2)所示的生产设备生产过程的系统动力学描 述方式：
[0021][0022]其中，为分类
‑
度量偏差，f(
·
)系统动力学描述 方式的初始输出模型。
[0023]本专利技术的基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法， 所述的构建基于模式运动的动态线性化无模型自适应控制器过程为：
[0024]首先，将系统动力学描述方式中的初始输出当作一类模型参数、结构、 阶数和系统噪声都未知的非线性模型来处理；然后，借助经典的全格式动 态线性化无模型自适应控制FFDL
‑
MFAC理论，设计一种改进的控制律和 分类
‑
度量偏差算法，并提出相应的伪梯度向量PG估计算法和PG向量第一 元素的重置算法，最终得到一种基于模式运动的全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法，包括构建基于模式及混合度量的系统动力学描述方式过程，以及构建基于模式运动的动态线性化无模型自适应控制器过程，其特征在于，所述构建基于模式及混合度量的系统动力学描述方式过程通过以下步骤来实现：a).数据采集和构建子空间，采集待描述生产设备的大量离线运行工况数据和产品质量指标数据，构建产品质量子空间和设备运行工况子空间；b).数据特征提取，首先对产品质量子空间和设备运行工况子空间中的数据进行标准化处理，然后采用主元分析法PCA分别对质量指标数据和运行工况数据进行特征提取，获得质量指标数据和运行工况数据的第一主元信息；c).聚类和分类分析，首先采用聚类方法ISODATA对产品质量子空间中的第一主元信息进行聚类，然后在产品质量聚类结果的监督下对运行工况子空间中的第一主元信息进行工况模式分类，通过产品质量聚类的结果来调整量化分类方法的参数，使工况模式类别与质量模式类别之间存在“一组相同或相似工况的模式样本得到相同或相似质量指标参数的产品”的对应关系；d).获取工况模式类别信息，经步骤c)对生产设备运行工况数据进行工况模式分类M(
·
)后，得到包括如下工况模式类别的信息：运行工况模式类别的个数N，每个工况模式类别的类别中心c
i
和类别半径r
i
，每个模式类别的类别阈值C
i
，i＝1,2,
…
,N；e).工况模式类别的度量，将工况模式类别作为一个运动的变量进行处理，随时间变化的工况模式对应随时间运动的变量模式类别，采用类别中心显式度量D(
·
)和隐式度量相结合的混合度量方法，将工况模式类别度量到可计算空间；f).构建系统动力学描述方式，最后，在可计算空间中，采用工况模式类别变量的度量值序列与生产设备输入序列{u(k)}，构建生产设备生产过程的系统动力学描述方式。2.根据权利要求1所述的基于模式运动的全格式动态线性化无模型自适应控制方法，其特征在于：步骤a)中所采集的生产设备的运行工况数据序列为：{y(k)＝[y1(k),y2(k),
…
,y
n
(k)]}，k＝1,2,
…
,L，y(k)为k时刻生产设备的运行工况数据；步骤b)中对数据进行标准化处理后，通过PCA方法进行特征提取T(
·
)操作，所获取的第一主元信息为{y
p
(k)＝T(y(k))}；步骤c)中所获取的运行工况模式表示为：dx(k)＝M(y
p
(k))，dx(k)表示k时刻的模式类别；步骤c)中对运行工况子空间中的第一主元信息进行工况模式分类过程中，在质量聚类结果的监督下，采用如公式(1)所示的改进量化分类
‑
显式度量算法：
其中，κ0为第一主元的最大工作范围，其满足，i＝1,2,
…
,N；给定工作点0所在模式类别的初始类别半径上限r0和其他划分参数ρ0、κ0，根据量化分类表达式可知，当第一主元序列{y
p
(k)}被划分成了2N+1个区间，因此，得到2N+1个模式类别中心c
i
，类别半径以及模式类别P
i
的类别阈值C
i
＝c
i
+r
i
；步骤e)中对工况模式的类别中心显式度量表达式为sx(k)＝D(dx(k))，得到k时刻工况模式类别变量的类别中心；对工况模式的类别中心隐式度量表达式为隐式度量与显示度量sx(k)之...

【专利技术属性】
技术研发人员：李香泉，胡志刚，刘浪，洪耀球，钱伟，唐伟荣，崔家瑞，王目树，
申请(专利权)人：桂林珩源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：