[发明专利]嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统及其方法

权利要求书

1.一种嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统，包括被控对象参考输入(1)、被控对象(7)、激素调控智能控制器(3)和反馈传感器组(9)，其特征在于：所述的被控对象参考输入(1)接收反馈传感器组(9)送来的被控对象(7)的输出数据，生成被控对象输出误差(2)与数据驱动的激素调控智能控制器(3)的输入端相连，所述的激素调控智能控制器(3)的输出端与被控对象(7)相连，所述的被控对象(7)与反馈传感器组(9)相连；所述的激素调控智能控制器(3)包括常规控制器(4)、激素调控单元(5)、误差阈值评判单元(13)、数据驱动计算单元(10)、控制器原始输出(12)以及历史数据存储单元(11)；所述的被控对象输出误差(2)与常规控制器(4)的输入端相连，常规控制器(4)的输出端与激素调控单元(5)的输入端相连，激素调控单元(5)的输出端分别与控制器输出(6)和数据驱动计算单元(10)的输入端相连，数据驱动计算单元(10)的输出端与误差阈值评判单元(13)相连，历史数据存储单元(11)分别与数据驱动计算单元(10)和误差阈值评判单元(13)相连，所述的反馈传感器组(9)的输出端分别与历史数据存储单元(11)和被控对象参考输入(1)的比较器相连。

2.一种使用权利要求1所述的一种嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统的方法，其特征在于：所述的被控对象(7)的数据通过反馈传感器组(9)与作为被控对象参考输入(1)的给定数据相比较，得到被控对象输出误差(2)，该误差同时输入常规控制器(4)和误差阈值评判单元(13)，数据驱动计算单元(10)根据历史数据存储单元(11)记录的系统历史数据，在常规优化状态和协同优化状态之间选定当前工作状态，以确定需优化的控制器，对其参数进行优化调整，计算得到的原始控制量经由误差阈值评判单元(13)的加工，选择性地加入激素调控单元(5)的控制量增量，合成最终的控制器输出(6)，送入被控对象(7)实施控制。

3.根据权利要求2所述的一种使用权利要求1所述的一种嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统的方法，其特征在于：所述的嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制器在常规优化状态下的工作步骤包括：

(1)系统上电，控制器开始工作；

(2)选定所述智能控制器内常规控制器的参数作为数据驱动计算单元的优化目标；

(3)在每个采样周期内，记录该采样周期对应的被控对象实时输出y(k)、被控对象参考输入y_d(k)、常规控制器输出u(k)以及被控对象输出误差e(k)，并存储在历史数据存储单元中；

(4)在第k个采样周期内，按照所述数据驱动控制器的计算步骤，计算出该采样周期内，常规控制器参数的估计值并求出在该参数估计值下常规控制器原始输出u_origin(k)；其中k≥1；

(5)在第k个采样周期内，按照所述激素调控单元的运算规律，利用u_origin(k)、u(k-1)、e(k)、e(k-1)生成控制器输出增量Δu_origin(k)，具体方法为

Δuorigin(k)=Δuc(k)+αg((|Δuf(k-1)|)nλ+(|Δuf(k-1)|)n+β)gL1gL2]]>

Δuc(k)=Gctrl(θ^k,e(k))-Gctrl(θ^k-1,e(k-1))]]>

其中Δu_c(k)为第k个采样周期内和第(k-1)个采样周期内，即所述数据驱动控制器的控制量输出之差；

(6)根据当前的误差情况，选择控制器输出增量的投入时机，生成控制器最终的控制量，方法为

ufinal(k)=u(k-1)+Δuorigin(k)ife(k)>ϵthretholdu(k)ife(k)≤ϵthrethold]]>

其中ε_threthold为预先设定的误差阈值；

(7)用生成的最终控制量u_final(k)替换步骤(3)中在历史数据存储单元中记录的该采样周期的控制器输出u(k)，供下一个采样周期使用；

(8)将u_final(k)输出至被控对象，完成控制作用。

4.根据权利要求2所述的一种使用权利要求1所述的一种嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统的方法，其特征在于：所述的嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制器在协同优化状态下的工作步骤包括：

(1)选定常规控制器的可调整参数作为初始的数据驱动优化目标，进入常规优化状态；此时激素调控单元的可调整参数按照固定的初始值投入运行，初始值的选取可依靠人工经验或现有的控制器参数自整定方法确定；

(2)系统工作时，误差阈值比较单元根据被控对象的动态误差水平，实时决定是否将激素调控单元的可调整参数作为数据驱动方法的优化目标进行优化，进入协同优化状态；如果需要优化，则将激素调控单元视为与常规控制器等同的另一个独立控制器，采用同常规控制器相同的数据驱动优化方法进行优化；此时所述智能控制器转变为含有两个常规控制器的结构，其控制量输出表示为

ufinal(k)=p1u(k)+p2uenhance(k)ife(k)>ϵparallelu(k)ife(k)≤ϵparallel]]>

p₁+p₂＝1，p₁≥0，p₂≥0

其中，u_enhance(k)为协同优化状态下，作为独立控制器的激素调控单元的控制量输出；ε_parallel为预先设定的系统工作状态切换阈值；p₁、p₂为常规控制器和激素调控单元控制力度分配的比例因子；

(3)当被控对象误差小于上述系统工作状态切换阈值u_enhance(k)时，及时将系统工作状态切换回常规优化状态，此时激素调控单元的参数恢复到其初始值。