滯后超前校正器結構參數(shù)的獲取方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動控制領域，具體涉及一種基于人工智能的滯后超前校正器結構參 數(shù)的獲取方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 自動控制是指利用控制裝置使被控對象（如電機、液位系統(tǒng)、機床等）的工作狀態(tài) 按預定規(guī)律運行。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 與參考信號進行比較，然后，控制裝置再根據(jù)比較結果調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)模型的頻域結構。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)性能的指標包括穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能指標（如開環(huán)增益K等）、動 態(tài)性能指標（如相角裕量、剪切頻率等）。一般來說，僅由被控對象構成的系統(tǒng)性能較差，并 且在很多情況下，調整系統(tǒng)被控對象的參數(shù)也不能使系統(tǒng)的各項性能指標達到要求。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超前校正器。圖3是方框圖，示出 了引入滯后超前校正器后的自動控制系統(tǒng)的頻域結構。如圖3所示，滯后超前校正器G。(s) 串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道中。串聯(lián)的滯后超前校正器兼有滯后校正和超前校正的特點，它利 用頻率特性曲線中的滯后部分的幅值衰減特點提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度，利用頻率特性曲線中 的超前部分的相角超前特性提高系統(tǒng)的相角裕度，適用于需同時提高穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能的系 統(tǒng)的校正。
[0005] 具體說，對于一類常見的被控對象來說，其傳遞函數(shù)結構可以表示為：
【主權項】
1. 一種滯后超前校正器結構參數(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)結構Gp(S)為：
其中，K、a、0為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結構參數(shù)；確定滯后超前校正器的傳遞 函數(shù)結構Ge(S)為：
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)式確定的滯后超前校正器以及 期望的頻域性能參數(shù)，構造相應的神經(jīng)網(wǎng)絡，該神經(jīng)網(wǎng)絡包括輸入層、隱含層和輸出層，其 中，輸入層節(jié)點的輸入為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結構參數(shù)K、a、0以及期望的頻域性
其中，k=UJlO1=Ta，02=Tb，03=aTa，04=Tb/a，1 <i<n，n= 5，Xi=K，X2=a，x3= |3，x4=y，x5= ?，1彡」_彡1，1為隱含層節(jié)點數(shù)，wlu表示輸入層第i節(jié) 點到隱含層第j節(jié)點的權值，bl表示輸入層到隱含層第j個節(jié)點的閾值，w2 A表示隱含層 第j節(jié)點到輸出層第k節(jié)點的權值，b2k表示隱含層到輸出層第k節(jié)點的閾值，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
前校正器后系統(tǒng)的頻域性能參數(shù)Y、w; d) 將所采集到的數(shù)據(jù)樣本輸入上述（3)式所表達的神經(jīng)網(wǎng)絡中，對該神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓 練； e) 將所述已有數(shù)據(jù)樣本之外的K、a、0、Y、《值輸入所述訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡中，獲取
2. 根據(jù)權利要求1所述的滯后超前校正器結構參數(shù)的獲取方法，其中，在對所述神經(jīng) 網(wǎng)絡進行訓練的過程中，采用試湊算法獲得所述神經(jīng)網(wǎng)絡隱含層的節(jié)點數(shù)1。
3. 根據(jù)權利要求1所述的滯后超前校正器結構參數(shù)的獲取方法，其中，對所述神經(jīng)網(wǎng) 絡進行訓練的步驟包括： 第一步：初始化所述神經(jīng)網(wǎng)絡，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)絡的輸出值；
該誤差是否小于預定值，如果小于，則轉到第七步，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)絡進行了訓練，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)絡的訓練。
4. 一種滯后超前校正器結構參數(shù)的獲取裝置，包括：傳遞函數(shù)結構確定單元、神經(jīng)網(wǎng) 絡單元、數(shù)據(jù)樣本庫、神經(jīng)網(wǎng)絡訓練單元、滯后超前校正器結構參數(shù)獲取單元，其中， 所述傳遞函數(shù)結構確定單元確定自動控制系統(tǒng)被控對象的傳遞函數(shù)結構Gp(S)為：
其中，K、a、0為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結構參數(shù)；確定滯后超前校正器的傳遞 函數(shù)結構Ge(S)為：
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 超前校正器以及期望的頻域性能參數(shù)，構造相應的神經(jīng)網(wǎng)絡，該神經(jīng)網(wǎng)絡包括輸入層、隱含 層和輸出層，其中，輸入層節(jié)點的輸入為該自動控制系統(tǒng)被控對象的結構參數(shù)K、a、0以 及期望的頻域性能參數(shù)Y、《，輸出層節(jié)點的輸出為該滯后超前校正器的結構參數(shù)Ta、Tb、
其中，k=UJlO1=Ta，02=Tb，03=aTa，04=Tb/a，1 <i<n，n= 5，Xi=K，X2=a，x3= |3，x4=y，x5= ?，1彡」_彡1，1為隱含層節(jié)點數(shù)，wlu表示輸入層第i節(jié) 點到隱含層第j節(jié)點的權值，bl」表示輸入層到隱含層第j個節(jié)點的閾值，w2 A表示隱含層 第j節(jié)點到輸出層第k節(jié)點的權值，b2k表示隱含層到輸出層第k節(jié)點的閾值，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
引入該滯后超前校正器后系統(tǒng)的頻域性能參數(shù)Y、《 ; 所述神經(jīng)網(wǎng)絡訓練單元將所采集到的數(shù)據(jù)樣本輸入上述（3)式所表達的神經(jīng)網(wǎng)絡中， 對該神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練； 所述滯后超前校正器結構參數(shù)獲取單元將所述已有數(shù)據(jù)樣本之外的K、a、0、Y、《 值輸入所述訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡中，獲取與該K、a、0、Y、《對應的滯后超前校正器的結構
【專利摘要】本發(fā)明提供一種滯后超前校正器結構參數(shù)的獲取方法和裝置，該方法包括：a)確定自動控制系統(tǒng)被控對象和滯后超前校正器的傳遞函數(shù)結構、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)結構和期望的頻域特性，構造相應的神經(jīng)網(wǎng)絡；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)絡中，對該神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練；e)獲取該校正器的結構參數(shù)。使得使用該方法和裝置獲取滯后超前校正器的結構參數(shù)時，只需用戶輸入系統(tǒng)被控對象的結構參數(shù)K、α、β和引入滯后超前校正器后系統(tǒng)期望的頻域性能參數(shù)γ、ω，就可迅速計算出該校正器的結構參數(shù)，從而大大簡化了滯后超前校正器結構參數(shù)的獲取過程，因此，可以縮短滯后超前校正器的設計時間。
【IPC分類】G05B13-04
【公開號】CN104714408
【申請?zhí)枴緾N201410849162
【發(fā)明人】李太福, 黃迪, 王坎, 劉媛媛, 李迪
【申請人】重慶科技學院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年12月31日