基于閉環頻域的辨識方法和系統技術方案

本發明專利技術涉及一種基于閉環頻域的辨識方法和系統，一般用于PID自整定過程中辨識過程模型，當系統運行時，實時顯示的當前趨勢曲線，在系統需要進行辨識過程模型時，通過收集過程運行中從一個穩態點到另一個穩態點的一段數據，利用本發明專利技術的辨識方法得出當前運行的系統模型。本發明專利技術的優點是：辨識過程不需要過程對象的任何先驗知識，基于閉環控制回路正常運行的輸入輸出數據在線辨識出重要頻率點的頻率響應函數，進而獲得二階純滯后模型。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及工業過程控制領域，特別涉及一種基于控制回路正常運行數據的閉環辨識方法和系統。
技術介紹
目前，雖然隨著科學技術和新材料的不斷研發，先進的生產工藝不斷應用在工業控制現場，同時科學家和工程師們基于不同算法提出了各種不同的控制策略以適應新的挑戰，并且其中一部分已經應用到實際的工業現場中。但是由于PID(比例-積分-微分)控制的可靠性、簡單實用性，95%以上的工業控制回路依舊采用PID控制方式。PID控制器的目的是要確保整個控制系統的穩定性，抑制外部干擾的影響和優化系統的性能，在此前提下盡可能的要求操作的簡單、易懂，并盡可能地有很廣的適用范圍。 然而，在工業過程系統中，由于工藝和過程優化的要求，PID閉環控制回路的設定值會經常被操作工或上層優化系統改變。隨后，過程對象的輸入和輸出信號都會從一個穩態點到另一個穩態點變化，如圖I所示。兩個穩定狀態之間的變化信號包含了重要的頻域動態特性，然而這些信號通常都不是絕對可積的，所以不能直接通過傅立葉分析來處理它們。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點和不足，提供一種基于閉環頻域的辨識方法和系統，用于PID自整定過程中辨識過程模型。本專利技術的目的通過如下技術方案實現一種基于閉環頻域的辨識方法，包括如下步驟采集一段過程輸出信號的振蕩數據和一段過程輸入信號的振蕩數據；根據所采集的過程輸出信號的振蕩數據和過程輸入信號的振蕩數據辨識各頻率點的頻率響應函數；根據各頻率點的頻率響應函數辨識二階純滯后模型。一種基于閉環頻域的辨識系統，包括信號采集模塊，用于采集一段過程輸出信號的振蕩數據和一段過程輸入信號的振蕩數據，并將采集到的數據傳輸給函數辨識模塊；函數辨識模塊，用于根據信號采集模塊采集的過程輸出信號的振蕩數據和過程輸入信號的振蕩數據辨識各頻率點的頻率響應函數，并將各率點的頻率響應函數傳輸給模型辨識模塊；模型辨識模塊，用于根據各頻率點的頻率響應函數辨識二階純滯后模型。依據上述本專利技術的方案，本專利技術一般用于PID自整定過程中辨識過程模型，當系統運行時，可以實時顯示的當前趨勢曲線，在系統需要進行辨識過程模型時，可以采集一段過程輸出信號的振蕩數據和一段過程輸入信號的振蕩數據，根據所采集的過程輸出信號的振蕩數據和過程輸入信號的振蕩數據辨識各頻率點的頻率響應函數；根據各頻率點的頻率響應函數辨識二階純滯后模型。本專利技術的益處是，辨識過程不需要過程對象的任何先驗知識，基于閉環控制回路正常運行的輸入輸出數據在線辨識出重要頻率點的頻率響應函數，進而獲得二階純滯后模型。附圖說明圖I為設定值改變后過程對象的輸入輸出信號；圖2為本專利技術實施例的基于閉環頻域的辨識方法的流程示意圖；圖3為本專利技術實施例的基于閉環頻域的辨識方法的結構框圖；圖4為圖3中的函數辨識模塊的結構框圖；圖5為圖3中的模型辨識模塊的結構框圖。具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本專利技術進行詳細闡述，但是本專利技術的實施方式不限于此。實施例I本專利技術一般用于PID自整定過程中辨識過程模型，可以將本專利技術設計在上位機監控軟件的模型辨識部分，可以通過與PLC/DCS(PLC,Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器；DCS, Distributed Control System,分布式控制系統)等關聯使用，下面詳細介紹本專利技術。參見圖2所示，是本專利技術實施例的基于閉環頻域的辨識方法的流程示意圖，如圖2所示，本實施例的基于閉環頻域的辨識方法包括如下步驟步驟SlOl :采集一段過程輸出信號的振蕩數據和一段過程輸入信號的振蕩數據，進入步驟S102，在工業過程系統中，由于工藝和過程優化的要求，PID閉環控制回路的設定值會經常被操作工或上層優化系統改變，過程對象的輸入信號和輸出信號都會從一個穩態點到另一個穩態點變化，本步驟中采集的一段過程輸出信號的振蕩數據和一段過程輸入信號的振蕩數據一般就是過程對象的輸入信號和輸出信號從一個穩態點到另一個穩態點變化過程中的數據；步驟S102 :根據所采集的過程輸出信號的振蕩數據和過程輸入信號的振蕩數據辨識各頻率點的頻率響應函數，進入步驟S103，因為雖然在步驟SlOl中采集到的信號中包含著重要的頻域動態特性，然而這些信號通常不是絕對可積的，所以不能直接通過傅里葉分析來處理這些信號，而本步驟通過計算任意頻點的頻率響應函數，可以很好的解決這個問題；步驟S103 :根據各頻率點的頻率響應函數辨識二階純滯后模型，在步驟S102中得到各頻率點的頻率響應函數，可以通過各頻率點的頻率響應函數計算二階純滯后模型的各個參數，然后再通過各個參數得到二階純滯后模型。為了更好的理解本專利技術的原理，下面對本專利技術的原理進行詳細解釋。假定過程輸出函數為f (t)，則其Laplace (拉普拉斯)變換可以表示如下F{s) = ]f{tY>^di(I) O—般系統在響應輸出時都分為兩個階段，在接受輸入瞬間的反應和穩定時的穩態反應，這樣系統的輸出便可能簡單的分為兩個部分f (t) = Af (t)+f ( )(2)其中，認為Af(t)為系統響應輸入的瞬態過程，f(-)為穩態過程，這樣階躍響應函數可以表示為Fs(S) = f ( °° )/s(3)因此系統對輸入的響應可以分解為 F(s) = IAfV^dt +(4 ) JP Oα假定系統的穩定時間為Ts，則可以認為在Ts時間之后瞬態響應Af(t)為零，這樣系統的輸入響應可以表不為P_ .f (oo)/'.(.S') = Δ/'(I Ki dt + -...........-.......................-js(同樣的道理，系統過程輸入信號和輸出信號也可以用上面的分析方法近似，通過過程輸出信號與過程輸入信號拉氏變換的比值得出過程在當前工作點的傳遞函數為 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將s = jco代入(6)式可得到任意頻率點上的頻率響應函數。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，當ω =0時，6(」0) = y ( 00 )/u ( )。重要的頻率范圍通常是從零到過程對象的臨界頻率ω。。設在(0，ω。)頻率范圍內需要辨識的頻率響應點數目為Μ，則離散頻率和相應的頻率響應函數G(j Coi)，i = 1，2，…M，可以通過下面的迭代公式獲得·Λ+1 = 一 (ΤΤ^Γ + 么)^^ M — I φη— φη—χ(g)Φη = arg[G(j ωη)]其中，頻率響應G(j ωη)通過(7)計算。GJiri和的初始值設為零，而ωη的初始值設置為很小的數，如10_3。迭代公式具有二次收斂速率，仿真結果表明，在幾個迭代運算后，ωη+1，η= 1,2,…M-I就以99%的準確度分別與相位滯后^^本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于閉環頻域的辨識方法，其特征在于，包括如下步驟 采集一段過程輸出信號的振蕩數據和一段過程輸入信號的振蕩數據； 根據所采集的過程輸出信號的振蕩數據和過程輸入信號的振蕩數據辨識各頻率點的頻率響應函數； 根據各頻率點的頻率響應函數辨識二階純滯后模型。2.根據權利要求I所述的基于閉環頻域的辨識方法，其特征在于，所述根據所采集的過程輸出信號的振蕩數據和過程輸入信號的振蕩數據辨識各頻率點的頻率響應函數包括如下步驟 根據過程輸出信號的振蕩數據生成過程輸出函數y(t)，根據過程輸入信號的振蕩數據生成過程輸入函數u (t)； 根據預設的穩定時間！；將過程輸出函數y(t)分成Ay(t)和y(m)兩部分，其中，Ay(t)為過程輸出函數的瞬態過程，y(-)為過程輸出函數的穩態過程，根據預設的穩定時間Tu將過程輸入函數u(t)分成Au(t)和u(m)兩部分，其中，Au(t)為過程輸入函數的瞬態過程，u (-)為過程輸入函數的穩態過程； 通過3.根據權利要求I或2所述的基于閉環頻域的辨識方法，其特征在于，所述根據各頻率點的頻率響應函數辨識二階純滯后模型包括如下步驟 通過各個頻點的頻率響應函數建立幅值矩陣Φ，其中4.根據權利要求3所述的基于閉環頻域的辨識方法，其特征在于，各個頻率點Coi由迭 代公式5.一種基于閉環頻域的辨識系統，其特征在于，包括 信號采集模塊，用于采集一段過程輸出信號的振...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳世和，張衛東，張曦，王亞剛，李燁，
申請(專利權)人：廣東電網公司電力科學研究院，上海交通大學，上海理工大學，
類型：發明
國別省市：