本申請(qǐng)涉及工業(yè)過程控制，尤其是涉及一種變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、工業(yè)過程控制是指涉及石油、化工、船舶、核能、電力、水利、冶金、輕工、紡織、制藥、建材、環(huán)境工程等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動(dòng)控制，工業(yè)過程控制是自動(dòng)化領(lǐng)域的重要分支。

2、相關(guān)技術(shù)中，在工業(yè)過程控制的過程中，一般采用子空間預(yù)測控制器對(duì)非線性、時(shí)變和多變量的工業(yè)過程進(jìn)行有效的控制。子空間預(yù)測控制器通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征提取、降維等步驟對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而保留數(shù)據(jù)的主要特征，同時(shí)簡化數(shù)據(jù)的計(jì)算及處理，然后通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并進(jìn)行預(yù)測控制，從而得到最優(yōu)的控制量。

3、針對(duì)上述中的相關(guān)技術(shù)，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)有如下缺陷：在采用子空間預(yù)測控制器進(jìn)行控制時(shí)，工業(yè)過程控制的輸入、輸出容易受到硬件故障、閥位飽和或者操作人員的直接干預(yù)等變量產(chǎn)生的干擾，從而使得到的模型不容易準(zhǔn)確反映當(dāng)前的系統(tǒng)特性。。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了使得到的模型準(zhǔn)確反映當(dāng)前的系統(tǒng)特性，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，采用如下的技術(shù)方案：

3、一種變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，包括：

4、權(quán)矩陣構(gòu)建步驟，構(gòu)建控制權(quán)矩陣；

5、數(shù)據(jù)獲取步驟，獲取當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

6、數(shù)據(jù)調(diào)權(quán)步驟，根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的類型輸入控制權(quán)矩陣以獲得調(diào)權(quán)后的運(yùn)行數(shù)據(jù)；

7、hankel矩陣構(gòu)造步驟，根據(jù)調(diào)權(quán)后的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及當(dāng)前的滾動(dòng)窗口長度值構(gòu)建hankel矩陣；輸出預(yù)測步驟，將歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及當(dāng)前時(shí)刻的輸入數(shù)據(jù)帶入預(yù)設(shè)的子空間預(yù)測模型以獲得輸出最優(yōu)預(yù)測值；

8、偏差計(jì)算步驟，將輸出最優(yōu)預(yù)測值與當(dāng)前時(shí)刻的輸出值通過預(yù)設(shè)的誤差計(jì)算算法求差以獲得修正偏差；

9、窗口修正步驟，若窗口修正偏差大于預(yù)設(shè)的上限偏差基準(zhǔn)，則對(duì)應(yīng)滾動(dòng)窗口長度值減少一個(gè)步長，若窗口修正偏差小于預(yù)設(shè)的下限偏差基準(zhǔn)，則對(duì)應(yīng)滾動(dòng)窗口長度值增加一個(gè)步長；循環(huán)配置步驟，等待新的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并返回?cái)?shù)據(jù)調(diào)權(quán)步驟。

10、可選的，權(quán)矩陣構(gòu)建步驟，控制權(quán)包括主要變量以及次要變量；

11、數(shù)據(jù)調(diào)權(quán)步驟，將運(yùn)行數(shù)據(jù)中的主要變量輸入至主要變量控制權(quán)矩陣，將運(yùn)行數(shù)據(jù)中的次要變量輸入至次要變量控制權(quán)矩陣。

12、可選的，所述子空間預(yù)測模型配置為其中，l＝[l1l2]為相應(yīng)的子空間矩陣，通過預(yù)設(shè)的問題分解算法基于線性關(guān)系模型獲得。

13、可選的，所述的線性關(guān)系模型配置為xk+1＝axk+buk+kf*ek，yk＝cxk+duk+ek。

14、可選的，所述的問題分解算法為：

15、構(gòu)建用于求解所述最優(yōu)預(yù)測值的最小二乘問題；

16、利用線性代數(shù)工具rq分解和svd分解求解上述最小二乘問題。

17、可選的，誤差計(jì)算算法為：

18、假定時(shí)刻系統(tǒng)的預(yù)測誤差為根據(jù)預(yù)設(shè)的誤差計(jì)算公式計(jì)算所述修正偏差，有

19、用新的數(shù)據(jù)取代舊的數(shù)據(jù)，通過極小化二次型目標(biāo)函數(shù)得出最優(yōu)控制律。

20、綜上所述，本申請(qǐng)包括以下至少一種有益技術(shù)效果：

21、1.通過對(duì)控制權(quán)矩陣進(jìn)行構(gòu)建并對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取，再對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)權(quán)，通過調(diào)權(quán)后的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及當(dāng)前的滾動(dòng)窗口長度值構(gòu)建hankel矩陣，再將歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及當(dāng)前時(shí)刻的輸入數(shù)據(jù)帶入預(yù)設(shè)的子空間預(yù)測模型以獲得輸出最優(yōu)預(yù)測值，再將輸出最優(yōu)預(yù)測值與當(dāng)前時(shí)刻的輸出值通過預(yù)設(shè)的誤差計(jì)算算法求差以獲得修正偏差，并依據(jù)修正偏差對(duì)滾動(dòng)窗口長度值進(jìn)行調(diào)整，從而使得到的模型準(zhǔn)確反映當(dāng)前的系統(tǒng)特性；

技術(shù)特征：

1.一種變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：權(quán)矩陣構(gòu)建步驟，控制權(quán)包括主要變量以及次要變量；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述子空間預(yù)測模型配置為其中，l＝[l1l2]為相應(yīng)的子空間矩陣，通過預(yù)設(shè)的問題分解算法基于線性關(guān)系模型獲得。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述的線性關(guān)系模型配置為xk+1＝axk+buk+kf*ek，yk＝cxk+duk+ek。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：所述的問題分解算法為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，其特征在于：誤差計(jì)算算法為：

7.用新的數(shù)據(jù)取代舊的數(shù)據(jù)，通過極小化二次型目標(biāo)函數(shù)得出最優(yōu)控制律。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及一種變窗口長度的子空間預(yù)測控制器設(shè)計(jì)方法，涉及工業(yè)過程控制技術(shù)領(lǐng)域，其包括：構(gòu)建控制權(quán)矩陣；獲取當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)行數(shù)據(jù)；根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)類型輸入控制權(quán)矩陣以獲得調(diào)權(quán)后的運(yùn)行數(shù)據(jù)；根據(jù)調(diào)權(quán)后的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及當(dāng)前滾動(dòng)窗口長度值構(gòu)建Hankel矩陣；將歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)以及當(dāng)前時(shí)刻輸入數(shù)據(jù)帶入子空間預(yù)測模型以獲得輸出最優(yōu)預(yù)測值；將輸出最優(yōu)預(yù)測值與當(dāng)前時(shí)刻輸出值通過誤差計(jì)算算法求差以獲得修正偏差；將窗口修正偏差分別與上限偏差基準(zhǔn)及下限偏差基準(zhǔn)進(jìn)行判斷，并將對(duì)應(yīng)滾動(dòng)窗口長度值進(jìn)行調(diào)整；等待新的運(yùn)行數(shù)據(jù)并返回至獲得調(diào)權(quán)后的運(yùn)行數(shù)據(jù)。本申請(qǐng)具有提使得到的模型準(zhǔn)確反映當(dāng)前的系統(tǒng)特性的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：李英道,沈非凡,朱勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙大寧波理工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30