基于闭环频域的辨识方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于闭环频域的辨识方法和系统，一般用于PID自整定过程中辨识过程模型，当系统运行时，实时显示的当前趋势曲线，在系统需要进行辨识过程模型时，通过收集过程运行中从一个稳态点到另一个稳态点的一段数据，利用本发明专利技术的辨识方法得出当前运行的系统模型。本发明专利技术的优点是：辨识过程不需要过程对象的任何先验知识，基于闭环控制回路正常运行的输入输出数据在线辨识出重要频率点的频率响应函数，进而获得二阶纯滞后模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业过程控制领域，特别涉及一种基于控制回路正常运行数据的闭环辨识方法和系统。
技术介绍
目前，虽然随着科学技术和新材料的不断研发，先进的生产工艺不断应用在工业控制现场，同时科学家和工程师们基于不同算法提出了各种不同的控制策略以适应新的挑战，并且其中一部分已经应用到实际的工业现场中。但是由于PID(比例-积分-微分)控制的可靠性、简单实用性，95%以上的工业控制回路依旧采用PID控制方式。PID控制器的目的是要确保整个控制系统的稳定性，抑制外部干扰的影响和优化系统的性能，在此前提下尽可能的要求操作的简单、易懂，并尽可能地有很广的适用范围。 然而，在工业过程系统中，由于工艺和过程优化的要求，PID闭环控制回路的设定值会经常被操作工或上层优化系统改变。随后，过程对象的输入和输出信号都会从一个稳态点到另一个稳态点变化，如图I所示。两个稳定状态之间的变化信号包含了重要的频域动态特性，然而这些信号通常都不是绝对可积的，所以不能直接通过傅立叶分析来处理它们。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于闭环频域的辨识方法和系统，用于PID自整定过程中辨识过程模型。本专利技术的目的通过如下技术方案实现一种基于闭环频域的辨识方法，包括如下步骤采集一段过程输出信号的振荡数据和一段过程输入信号的振荡数据；根据所采集的过程输出信号的振荡数据和过程输入信号的振荡数据辨识各频率点的频率响应函数；根据各频率点的频率响应函数辨识二阶纯滞后模型。一种基于闭环频域的辨识系统，包括信号采集模块，用于采集一段过程输出信号的振荡数据和一段过程输入信号的振荡数据，并将采集到的数据传输给函数辨识模块；函数辨识模块，用于根据信号采集模块采集的过程输出信号的振荡数据和过程输入信号的振荡数据辨识各频率点的频率响应函数，并将各率点的频率响应函数传输给模型辨识模块；模型辨识模块，用于根据各频率点的频率响应函数辨识二阶纯滞后模型。依据上述本专利技术的方案，本专利技术一般用于PID自整定过程中辨识过程模型，当系统运行时，可以实时显示的当前趋势曲线，在系统需要进行辨识过程模型时，可以采集一段过程输出信号的振荡数据和一段过程输入信号的振荡数据，根据所采集的过程输出信号的振荡数据和过程输入信号的振荡数据辨识各频率点的频率响应函数；根据各频率点的频率响应函数辨识二阶纯滞后模型。本专利技术的益处是，辨识过程不需要过程对象的任何先验知识，基于闭环控制回路正常运行的输入输出数据在线辨识出重要频率点的频率响应函数，进而获得二阶纯滞后模型。附图说明图I为设定值改变后过程对象的输入输出信号；图2为本专利技术实施例的基于闭环频域的辨识方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例的基于闭环频域的辨识方法的结构框图；图4为图3中的函数辨识模块的结构框图；图5为图3中的模型辨识模块的结构框图。具体实施例方式下面结合实施例及附图对本专利技术进行详细阐述，但是本专利技术的实施方式不限于此。实施例I本专利技术一般用于PID自整定过程中辨识过程模型，可以将本专利技术设计在上位机监控软件的模型辨识部分，可以通过与PLC/DCS(PLC,Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器；DCS, Distributed Control System,分布式控制系统)等关联使用，下面详细介绍本专利技术。参见图2所示，是本专利技术实施例的基于闭环频域的辨识方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的基于闭环频域的辨识方法包括如下步骤步骤SlOl :采集一段过程输出信号的振荡数据和一段过程输入信号的振荡数据，进入步骤S102，在工业过程系统中，由于工艺和过程优化的要求，PID闭环控制回路的设定值会经常被操作工或上层优化系统改变，过程对象的输入信号和输出信号都会从一个稳态点到另一个稳态点变化，本步骤中采集的一段过程输出信号的振荡数据和一段过程输入信号的振荡数据一般就是过程对象的输入信号和输出信号从一个稳态点到另一个稳态点变化过程中的数据；步骤S102 :根据所采集的过程输出信号的振荡数据和过程输入信号的振荡数据辨识各频率点的频率响应函数，进入步骤S103，因为虽然在步骤SlOl中采集到的信号中包含着重要的频域动态特性，然而这些信号通常不是绝对可积的，所以不能直接通过傅里叶分析来处理这些信号，而本步骤通过计算任意频点的频率响应函数，可以很好的解决这个问题；步骤S103 :根据各频率点的频率响应函数辨识二阶纯滞后模型，在步骤S102中得到各频率点的频率响应函数，可以通过各频率点的频率响应函数计算二阶纯滞后模型的各个参数，然后再通过各个参数得到二阶纯滞后模型。为了更好的理解本专利技术的原理，下面对本专利技术的原理进行详细解释。假定过程输出函数为f (t)，则其Laplace (拉普拉斯)变换可以表示如下F{s) = ]f{tY>^di(I) O—般系统在响应输出时都分为两个阶段，在接受输入瞬间的反应和稳定时的稳态反应，这样系统的输出便可能简单的分为两个部分f (t) = Af (t)+f ( )(2)其中，认为Af(t)为系统响应输入的瞬态过程，f(-)为稳态过程，这样阶跃响应函数可以表示为Fs(S) = f ( °° )/s(3)因此系统对输入的响应可以分解为 F(s) = IAfV^dt +(4 ) JP Oα假定系统的稳定时间为Ts，则可以认为在Ts时间之后瞬态响应Af(t)为零，这样系统的输入响应可以表不为P_ .f (oo)/'.(.S') = Δ/'(I Ki dt + -...........-.......................-js(同样的道理，系统过程输入信号和输出信号也可以用上面的分析方法近似，通过过程输出信号与过程输入信号拉氏变换的比值得出过程在当前工作点的传递函数为 Kι(οο, ；, Αν(φ^' dt +....................... s Ay(l^s!dt + ν(°°)m — I (Λ.) — οΛ — ο…、C/ (Λ) —— ~ζ職—~~~ζ.一一 6 ) U{s) I —u(oo) f —J' + —Sj Ai/(t)e Λ dt + ( >) §SO将s = jco代入(6)式可得到任意频率点上的频率响应函数。J·嫌.....dt+y{oo) Π _ O_] G(Jm) = j-...■—- = ----{.U( J(O) i ⑴ (屮I靡 Λ+ 11(00) O由上式可得，当ω =0时，6(」0) = y ( 00 )/u ( )。重要的频率范围通常是从零到过程对象的临界频率ω。。设在(0，ω。)频率范围内需要辨识的频率响应点数目为Μ，则离散频率和相应的频率响应函数G(j Coi)，i = 1，2，…M，可以通过下面的迭代公式获得·Λ+1 = 一 (ΤΤ^Γ + 么)^^ M — I φη— φη—χ(g)Φη = arg[G(j ωη)]其中，频率响应G(j ωη)通过(7)计算。GJiri和的初始值设为零，而ωη的初始值设置为很小的数，如10_3。迭代公式具有二次收敛速率，仿真结果表明，在几个迭代运算后，ωη+1，η= 1,2,…M-I就以99%的准确度分别与相位滞后^^本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于闭环频域的辨识方法，其特征在于，包括如下步骤 采集一段过程输出信号的振荡数据和一段过程输入信号的振荡数据； 根据所采集的过程输出信号的振荡数据和过程输入信号的振荡数据辨识各频率点的频率响应函数； 根据各频率点的频率响应函数辨识二阶纯滞后模型。2.根据权利要求I所述的基于闭环频域的辨识方法，其特征在于，所述根据所采集的过程输出信号的振荡数据和过程输入信号的振荡数据辨识各频率点的频率响应函数包括如下步骤 根据过程输出信号的振荡数据生成过程输出函数y(t)，根据过程输入信号的振荡数据生成过程输入函数u (t)； 根据预设的稳定时间！；将过程输出函数y(t)分成Ay(t)和y(m)两部分，其中，Ay(t)为过程输出函数的瞬态过程，y(-)为过程输出函数的稳态过程，根据预设的稳定时间Tu将过程输入函数u(t)分成Au(t)和u(m)两部分，其中，Au(t)为过程输入函数的瞬态过程，u (-)为过程输入函数的稳态过程； 通过3.根据权利要求I或2所述的基于闭环频域的辨识方法，其特征在于，所述根据各频率点的频率响应函数辨识二阶纯滞后模型包括如下步骤 通过各个频点的频率响应函数建立幅值矩阵Φ，其中4.根据权利要求3所述的基于闭环频域的辨识方法，其特征在于，各个频率点Coi由迭 代公式5.一种基于闭环频域的辨识系统，其特征在于，包括 信号采集模块，用于采集一段过程输出信号的振...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世和，张卫东，张曦，王亚刚，李烨，
申请(专利权)人：广东电网公司电力科学研究院，上海交通大学，上海理工大学，
类型：发明
国别省市：