專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統技術方案

本實用新型專利技術是一種專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統，可應用控制、人工智能等領域。該系統包括控制單元、控制總線和主工作站。系統有S個控制單元，每個控制單元的通訊接口均通過控制總線與主工作站相連接，主工作站通過控制總線與S個控制單元進行通訊。本實用新型專利技術解決了物力結構相似的多個控制回路由于工作環境變化或存在差異，控制器參數無法根據工作環境的差異和不確定性，無法根據被控對象的差異和不確定性，無法自動完成這一重復的工作在線自整定優化的問題。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術提出了一種專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統，可應用到控制、人工智能等領域。
技術介紹
目前，模擬控制主要以PID控制等經典控制方法為代表，也有一部分系統采用了模糊控制和神經網絡控制等智能控制算法。這些針對確定被控對象、確定工作環境的控制方法被稱為經典控制方法，而采用的具體算法被稱成經典控制算法。經典控制算法在不同方面各有所長，但也存在著應用的局限性。經典控制算法存在著如下共性1.控制器參數的整定工作是在系統投入使用之前進行的。在開發階段，工程師憑借經驗和現場試驗完成對控制器參數的整定，參數配置的完成往往伴隨著項目的完成和交付而終結。因此，系統控制參數在實際運行中不會改變，即被控對象無法根據在運行過程中得到的環境信息調整和優化算法及算法參數。2.對于很多同樣的調試單元，例如在一個項目中多路相同的被控對象，由于對象之間或多或少地存在差異，因此重復調試工作不可避免；特別對于帶有延遲、滯后或大慣性的被控對象來說，針對每一個被控對象的調試時間都會消耗大量的時間，占用大量的人力物力。3.即使對于多路同樣的調試單元，由于其工作環境有所差別，因此在系統運行前進行了分別的調試，系統運行后被控對象的工作環境有了變化，控制參數卻不能隨之改變， 使得控制效果變差，甚至誤差增加，甚至導致系統不穩定。以PID控制器參數整定方法為例，現有的最好的在線整定優化算法是模糊自適應整定PID控制方法，該算法采用以PID參數初始值為中心點通過模糊控制對中心點進行修正的方法，實現PID控制器參數的在線整定優化。這種方法適用于那些工程中工程師可以對PID參數的初始值能夠做出較為準確的估算的情況。但會受PID初始值的限制，如果控制回路差異大、工程師對參數整定的經驗不足或者是控制器的最優參數超出模糊控制器的輸出范圍，該方法將無法實現對控制器參數的有效整定優化。
技術實現思路
本技術的目的是找到一種方法，能夠讓控制系統的在運行前經過初步配置， 開始運行后系統能夠根據系統運行后的加熱爐和環境的差異，自動將控制參數調整到最佳值。本技術解決經典控制方法存在的三個問題1.物理結構相似的多個控制回路由于工作環境變化或存在差異，控制器參數無法根據工作環境的差異和不確定性，在線自整定優化；2.物理結構相似的多個控制回路由于被控對象存在差別，控制器參數無法根據被控對象的差異和不確定性，在線自整定優化；3.物理結構相似的多個控制回路需要反復進行控制參數整定，控制器參數無法自動完成這一重復的工作，在線自整定優化；為了實現上述目的，本技術采取了如下技術方案本技術中的專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統由控制單元 100、控制總線110和主工作站120三個部分組成。系統共有S個控制單元100，每個控制單元100的通訊接口均通過控制總線110與主工作站120相連接，主工作站120通過控制總線110與S個控制單元100進行通訊。其中S取值為大于等于1的整數。每個控制單元 100包括L個傳感器101、N個變送器102、1個控制器103、L個執行單元104和L個被控對象105。其中每個變送器102連接M個傳感器101，每個控制器103連接N個變送器102，其中L = MXN，L、M、N均為大于等于1的整數。本技術中的專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統，使用1個主工作站120，通過控制總線110控制S個控制單元100，實現對系統中的T個被控對象105的控制，其中T = LXS，S取值為大于等于1的整數。對于每個控制單元100，存在如下連接關系傳感器101的感應端與被控對象105 的待測點連接，將待測點的待測信息轉換成為模擬信號。傳感器101的輸出端與變送器102 的一個輸入端相連，變送器102將傳感器101采集的模擬信號轉換成為標準化的待測信號。 變送器102的輸出端與控制器103的一個輸入端相連接，控制器103根據變送器102變送的標準化的待測信號計算得到控制量。控制器103的一個輸出端與執行單元104的輸入端相連。執行單元104根據控制器103給出的控制量，產生相應的控制輸出。執行單元104 的輸出與被控對象105的輸入端相連，使得執行單元104產生的控制輸出作用在被控對象 105 上。所述的控制器103可以為計算機、工控機、服務器、單片機系統、嵌入式系統或硬件電路。一種專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統進行優化的方法，該方法包括如下步驟系統配置步驟201 在系統運行前首先進行系統配置，配置系統中將要用到的參數和公式；系統初始化步驟202 將參與計算的變量賦值或清零；輸入輸出采樣步驟203 得到被控對象當前時刻的采樣值y(k)；誤差計算步驟204 根據被控對象當前時刻的采樣值y(k)與被控對象的目標值 r(k)計算出當前時刻的誤差e(k)，其中e(k) =r(k)-y(k)；誤差變化率計算步驟205 計算當前時刻的誤差e(k)與前一時刻的誤差e (k_l) 之間的誤差變化率ec(k)，其中ec(k) = e(k)-e(k-l)；在線整定優化步驟206 根據當前時刻誤差e (k)和誤差變化率ec (k)整定優化計算出新的控制參數Kx (k)；計算控制量步驟207 根據當前誤差e(k)、誤差變化率ec(k)和新的控制參數 Kx (k)計算出新的控制量u (k)；被控對象運行步驟208 被控對象運行208根據控制量u(k)產生相應的模擬量 U(k)，作用在被控對象，得到控制對象新的輸出y(k+l)；至此完成了一個控制周期，令k = k+Ι，重復輸入輸出采樣步驟203至被控對象運行步驟208。系統配置步驟201為在系統啟動運行前，主工作站120通過控制總線110對控制器103進行參數配置，系統配置201只需進行一次，配制好的參數保存在控制器103的存儲器里，下次運行時能夠直接讀取，或修改參數配置；配置的參數包括被控對象的控制目標值 r(k)。輸入輸出采樣步驟203具體為傳感器101將被控對象105待測點的待測信息轉換成為模擬信號a (k)，經過變送器102轉換成為標準化的待測信號r(k)；變送器102將變送結果r(k)傳給控制器103，控制器103通過控制總線110將r(k)傳給主工作站120。本技術的創新點在于1.系統和裝置設計方面，在主工作站和被控對象之間設計了較多的控制器，每個控制器分擔較少的被控對象，這樣的結構大大縮短了硬件維修的時間，當局部某硬件發生故障時，直接更換相應的模塊即可快速修復故障，不必影響其他控制通路的工作；這種多控制器的技術方案，便于多種控制方法在同一個控制系統中的實驗和應用。2.專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化方法，改變了傳統控制方法的設計結構，通過增加優化器(主工作站120)，使得控制系統可以根據當前輸入輸出和工作狀態對控制器參數進行在線整定優化。控制器根據當前的輸入輸出、工作狀態和整定優化后的控制參數產生控制量，對被控對象進行控制。3.專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化方法，采用增量的方式在線整定優化控制器參數。這樣的設計就避免了傳統方法中存在的控制系統運行前控制參數對工程師經驗的依賴問題，也就是說降低了工程師的參數初始配置要求；增量式方法的提出，使得專家模糊增量式自本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統，其特征在于：由控制單元（１００）、控制總線（１１０）和主工作站（１２０）三個部分組成；系統共有Ｓ個控制單元（１００），每個控制單元（１００）的通訊接口均通過控制總線（１１０）與主工作站（１２０）相連接，主工作站（１２０）通過控制總線（１１０）與Ｓ個控制單元（１００）進行通訊；其中Ｓ取值為大于等于１的整數；每個控制單元１００包括Ｌ個傳感器（１０１）、Ｎ個變送器（１０２）、１個控制器（１０３）、Ｌ個執行單元（１０４）和Ｌ個被控對象（１０５）；傳感器和執行單元分別與被控對象一一對應連接，其中１個變送器（１０２）接Ｍ個傳感器（１０１），１個控制器（１０３）接Ｎ個變送器（１０２），其中Ｌ＝Ｍ×Ｎ，Ｌ、Ｍ、Ｎ均為大于等于１的整數；主工作站（１２０）通過控制總線（１１０）對Ｓ個控制單元（１００）的共Ｔ個被控對象（１０５）進行控制，其中Ｔ＝Ｌ×Ｓ，Ｓ取值為大于等于１的整數。

【技術特征摘要】
1.一種專家模糊增量式自適應的參數在線整定優化系統，其特征在于由控制單元 (100)、控制總線(110)和主工作站(120)三個部分組成；系統共有S個控制單元(100)，每個控制單元(100)的通訊接口均通過控制總線(110)與主工作站(120)相連接，主工作站 (120)通過控制總線(110)與S個控制單元(100)進行通訊；其中S取值為大于等于1的整數；每個控制單元100包括L個傳感器(101)、N個變送器(102)、1個控制器(103)、L個執行單元(104)和L個被控對象(105)；傳感器和執行單元分別與被控對象一一對應連接， 其中1個變送器(102)接M個傳感器(101)，1個控制器(103)接N個變送器(102)，其中L = MXN, L、M、N均為大于等于1的整數；主工作站(120)通過控制總線(110)對S個控制單元(100)的共T個被控對象(105) 進行控制，其中T = LX S，S取值為大于等于1的整數。2.根據權利要求1所述的一種專家模...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉經緯，王普，楊蕾，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：實用新型
國別省市：11