滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于人工智能的滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的 獲取方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動控制是指利用控制裝置使被控對象（如電機(jī)、液位系統(tǒng)、機(jī)床等）的工作狀態(tài) 按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。圖1是方框圖，示出了自動控制系統(tǒng)的一個簡單模型。在圖1所示的自 動控制系統(tǒng)中，開始時，將參考信號輸入控制裝置，控制裝置根據(jù)輸入的參考信號對被控對 象進(jìn)行控制，使被控對象產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號經(jīng)反饋環(huán)節(jié)反饋到控制裝置輸入端，并 與參考信號進(jìn)行比較，然后，控制裝置再根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整其對被控對象的控制，如此循環(huán) 下去，最終使被控對象產(chǎn)生與參考信號匹配或相符的輸出信號。圖2是方框圖，示出了圖1 中的自動控制系統(tǒng)模型的頻域結(jié)構(gòu)。如圖2所示，從頻域來看，被控對象為Gp (s)，而反饋環(huán) 節(jié)為H(s)，參考信號為R(s)，輸出信號為C(s)。
[0003] 衡量自動控制系統(tǒng)性能的指標(biāo)包括穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)（如開環(huán)增益K等）、動 態(tài)性能指標(biāo)（如相角裕量、剪切頻率等）。一般來說，僅由被控對象構(gòu)成的系統(tǒng)性能較差，并 且在很多情況下，調(diào)整系統(tǒng)被控對象的參數(shù)也不能使系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)達(dá)到要求。此時， 通常在系統(tǒng)中引入一些附加裝置，以改變系統(tǒng)的性能，使之滿足工程要求。這些附加裝置稱 為校正器。
[0004] 校正器的類型有多種，一類常用的校正器為滯后校正器。圖3是方框圖，示出了引 入滯后校正器后的自動控制系統(tǒng)的頻域結(jié)構(gòu)。如圖3所示，滯后校正器Ge(s)串聯(lián)在系統(tǒng) 的前向通道中。串聯(lián)的滯后校正器利用其高頻幅值衰減特性，使校正后的系統(tǒng)的剪切頻率 下降，從而提高相角裕度，改善系統(tǒng)動態(tài)性能，或在原系統(tǒng)已滿足要求的動態(tài)性能基本不變 的情況下，減小系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。
[0005] 具體說，對于一類常見的被控對象來說，其傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)可以表示為：
【主權(quán)項】
1. 一種滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取方法，包括： a) 確定自動控制系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)Gp(S)為：
其中，K、a、0為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)；確定滯后校正器的傳遞函數(shù) 結(jié)構(gòu)G。(s)為：
其中，bT、T為該滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)；并且確定引入該滯后校正器后系統(tǒng)的期望的 頻域性能參數(shù)為相角裕量y和剪切頻率《 ; b) 根據(jù)由（1)式確定的自動控制系統(tǒng)被控對象、由（2)式確定的滯后校正器以及期望 的頻域性能參數(shù)，構(gòu)造相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和輸出層，其中，輸 入層節(jié)點(diǎn)的輸入為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)K、a、0以及期望的頻域性能參 數(shù)丫、《，輸出層節(jié)點(diǎn)的輸出為該滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)bT、T，并且該K、a、0、Y、《與 該bT、T通過隱含層節(jié)點(diǎn)聯(lián)系如下：
其中，k=l或SjO1=IDTjO2=TjISiSrun=SjX1=K^x2=a，X3= 0，X4 =Y，X5=?，I<j< 1，1為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，wlu表示輸入層第i節(jié)點(diǎn)到隱含層第j節(jié)點(diǎn)的 權(quán)值，bl彥示輸入層到隱含層第j個節(jié)點(diǎn)的閾值，《2 #表示隱含層第j節(jié)點(diǎn)到輸出層第k 節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，b2k表示隱含層到輸出層第k節(jié)點(diǎn)的閾值，f為tansig函數(shù)； c) 采集多個已有的數(shù)據(jù)樣本，每個已有的數(shù)據(jù)樣本包括所述自動控制系統(tǒng)被控對象的 結(jié)構(gòu)參數(shù)K、a、0 ;引入的滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)bT、T;以及引入該滯后校正器后系統(tǒng)的 頻域性能參數(shù)y、《; d) 將所采集到的數(shù)據(jù)樣本輸入上述（3)式所表達(dá)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，對該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn) 練； e) 將所述已有數(shù)據(jù)樣本之外的K、a、0、Y、《值輸入所述訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，獲取 與該K、a、0、Y、《對應(yīng)的滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)bT、T。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取方法，其中，在對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 進(jìn)行訓(xùn)練的過程中，采用試湊算法獲得所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取方法，其中，對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行訓(xùn)練的步驟包括： 第一步：初始化所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，任意賦予wl、w2、bl和b2初始值，其中，wl= [Wlij]，w2 =[w2jk]，bl= [blj]，b2 = [b2k]; 第二步：輸入所述多個數(shù)據(jù)樣本中的一個未使用的數(shù)據(jù)樣本中的K、a、0、Y、《的 值； 第三步：根據(jù)輸入的K、a、0、Y、《的值，向前計算所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出值； 第四步：計算該輸出值與該未使用的數(shù)據(jù)樣本中的bT和T之間的誤差，并判斷該誤差 是否小于預(yù)定值，如果小于，則轉(zhuǎn)到第七步，如果不小于，則執(zhí)行第五步； 第五步：反向計算所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的局部梯度； 第六步：根據(jù)計算出局部梯度修正wl、w2、bl、b2值，并執(zhí)行第三步至第四步； 第七步：判斷是否使用所有數(shù)據(jù)樣本對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了訓(xùn)練，如果判斷為否，則返 回第二步，如果判斷為是，則完成了所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練。
4. 一種滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取裝置，包括：傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)確定單元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單 元、數(shù)據(jù)樣本庫、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元、滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)獲取單元，其中， 所述傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)確定單元確定自動控制系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)Gp(S)為：
其中，K、a、0為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)；確定滯后校正器的傳遞函數(shù) 結(jié)構(gòu)G。(s)為：
其中，bT、T為該滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)；并且確定引入該滯后校正器后系統(tǒng)的期望的 頻域性能參數(shù)為相角裕量y和剪切頻率《 ; 所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單元根據(jù)由（1)式確定的自動控制系統(tǒng)被控對象、由（2)式確定的滯后 校正器以及期望的頻域性能參數(shù)，構(gòu)造相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和 輸出層，其中，輸入層節(jié)點(diǎn)的輸入為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)K、a、0以及期 望的頻域性能參數(shù)Y、《，輸出層節(jié)點(diǎn)的輸出為該滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)bT、T，并且該K、 a、|3、y、《與該bT、T通過隱含層節(jié)點(diǎn)聯(lián)系如下：
其中，k=l或SjO1=IDTjO2=TjISiSrun=SjX1=K^x2=a，X3= 0，X4 =Y，X5=?，I<j< 1，1為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，wlu表示輸入層第i節(jié)點(diǎn)到隱含層第j節(jié)點(diǎn)的 權(quán)值，bl彥示輸入層到隱含層第j個節(jié)點(diǎn)的閾值，《2 #表示隱含層第j節(jié)點(diǎn)到輸出層第k 節(jié)點(diǎn)的權(quán)值，b2k表示隱含層到輸出層第k節(jié)點(diǎn)的閾值，f為tansig函數(shù)； 所述數(shù)據(jù)樣本庫采集多個已有的數(shù)據(jù)樣本，每個已有的數(shù)據(jù)樣本包括所述自動控制系 統(tǒng)被控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)K、a、0;引入的滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)bT、T;以及引入該滯后校 正器后系統(tǒng)的頻域性能參數(shù)Y、w; 所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練單元將所采集到的數(shù)據(jù)樣本輸入上述（3)式所表達(dá)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中， 對該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練； 所述滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)獲取單元將所述已有數(shù)據(jù)樣本之外的K、a、0、Y、《值輸 入所述訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，獲取與該K、a、0、Y、《對應(yīng)的滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)bT、 T。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取方法和裝置，該方法包括：a)確定自動控制系統(tǒng)被控對象和滯后校正器的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)、以及系統(tǒng)期望的頻域特性；b)對于所確定的系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)和期望的頻域特性，構(gòu)造相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；c)采集所述系統(tǒng)的多個數(shù)據(jù)樣本；d)將所采集到的數(shù)據(jù)樣本輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，對該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練；e)獲取該滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。使得使用該方法和裝置獲取滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)時，只需用戶輸入系統(tǒng)被控對象的結(jié)構(gòu)參數(shù)K、α、β和引入滯后校正器后系統(tǒng)期望的頻域性能參數(shù)γ、ω，就可迅速計算出該滯后校正器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而大大簡化了滯后校正器結(jié)構(gòu)參數(shù)的獲取過程，因此，可以縮短滯后校正器的設(shè)計時間。
【IPC分類】G05B13-04
【公開號】CN104714409
【申請?zhí)枴緾N201410849174
【發(fā)明人】李太福, 黃迪, 王坎, 劉媛媛, 李迪
【申請人】重慶科技學(xué)院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月31日