[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

说明书

技术领域

本发明属自动控制技术领域，特别是涉及一种嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统及其方法。

背景技术

许多工业生产流程(如材料、化工、制药等)都是一系列复杂工艺步骤的集合。这些工艺步骤中蕴含的随机性和它们在运行过程中的动态变化，使其无法采用标准的“输入一输出”对应关系建立完整的数学模型以满足控制需要；即使能够得到较完整的模型，其内部结构和参数也可能随着生产过程的运行而出现改变或波动。另一方面，现有的各种先进控制方法，多数都需要应用在精确的对象模型上，才能取得良好的控制效果。复杂工业生产流程的不确定性和随机动态变化特征，增加了在其上应用先进控制方法的难度。

为了解决高质量控制需求与对象模型缺失的矛盾，人们试图利用被控过程的输入和输出数据，从中提取能够反映被控过程性质的信息，再利用这些信息设计控制器，生成控制信号施加于被控过程，以达到控制效果，此即为数据驱动的控制策略。目前已有数种基于数据驱动的控制器及其控制方法被提出，如无模型自适应控制(Model Free Adaptive Control，MFAC)、去伪控制(Unfalsified Control，UC)、迭代反馈整定(Iterative Feedback Tuning，IFT)等。值得一提的是，工业上广泛采用的PID控制方法，其工作原理亦符合数据驱动的含义，也属于数据驱动控制方法的一种。

在实践上，基于数据驱动的控制器及其方法存在的主要问题之一，是采用该控制器的闭环系统的动态特性不佳。数据驱动的控制策略虽然在很大程度上解决了无法获得高质量对象模型的问题，但也正是由于没有准确对象模型作参考，常会出现受控变量波动大，废产品增多等现象，一些数据驱动控制器对被控对象的响应时间、超调量等动态性能指标的考虑也显不足。很多情况下，基于数据驱动的控制器的控制效果能达到较满意的控制效果(即“可控”)，但对其所形成的闭环系统动态特性的改善还有很大空间。

生物体内分泌系统所分泌的各种激素对其自身生理作用的调节具有快速、准确的特点。各种激素的分泌器官能根据体内环境的细微变化，动态调节激素的分泌速度和分泌时机，在需要增强生理作用时使激素加速增量分泌，而需要抑制生理作用时减速减量分泌，甚至可以通过影响其它器官，利用其它器官对自身产生作用，从而达到间接控制自身激素分泌功能的效果。这些特性可以抽象形成一个仿生调节单元，嵌入到其它控制器中，对它们进行结构改进和功能增强，从而改善这些控制器的控制品质。也就是说，将激素调控机制嵌入到基于数据驱动的控制器中，形成基于激素调控的数据驱动智能控制器，可以改善数据驱动控制器的动态特性，有助于改善被控工业过程的运行品质，提高生产稳定性和产品质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种嵌入激素调控机制的数据驱动智能控制系统及其方法，其不依赖工业过程的精确模型，并能在一定程度上具有满意动态特性的控制器及其控制方法。在被控工业过程的精确模型难以获得的情况下，该控制器能够利用数据驱动的方法对被控过程施加有效的闭环控制，同时利用仿生激素调控原理实现对闭环系统动态特性的进一步改善，以达到对复杂工业过程进行有效的高质量控制的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供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、激素调控的智能控制器本身、被控对象和反馈传感器组；所述的被控对象参考输入与被控对象的输出数据比较，生成被控对象输出误差，与数据驱动的激素调控智能控制器的输入端相连；所述的激素调控智能控制器的输出端与被控对象相连，所述的被控对象与反馈传感器组相连；所述的激素调控智能控制器包括常规控制器、激素调控单元、误差阈值评判单元、数据驱动计算单元、控制器原始输出以及历史数据存储单元。所述的被控对象输出误差与常规控制器的输入端相连，常规控制器的输出端与激素调控单元输入端相连，激素调控单元的输出端分别与控制器输出和数据驱动计算单元的输入端相连，数据驱动计算单元的输出端与误差阈值评判单元相连，历史数据存储单元分别与数据驱动计算单元和误差阈值评判单元相连，所述的反馈传感器组的输出端分别与历史数据存储单元和被控对象参考输入的比较器相连。