[发明专利]一种采用双率采样的哈马斯坦非线性模型的参数辨识方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种采用双率采样的哈马斯坦非线性模型的参数辨识方法，涉及生物发酵反应模型的参数辨识，同也可用于生物医学、通信、勘探、化工过程、航空航天等多种领域和技术中估计系统模型参数辨识。

背景技术：

双率采样的系统是一类极其普遍的系统，广泛存在于各种工业过程中，得到了许多学者的研究，并取得了一定的成果(丁锋，陈通文，萧德云。一般双率随机系统状态空间模型及其辨识。自动化学报，200430(5)：652-663).

生物发酵反应是极其复杂的生化过程，为了进一步优化发酵过程，人们在改进发酵工艺和设备的同时，不断注重发酵过程的监测和控制，并取得了一定的成果(王斌，王孙安，刘曙.一类生物发酵过程的非线系统建模方法。纺织高校基础科学学报，2005，18(1)：78-82)。

由于对生化反应过程参数(如菌体浓度、代谢产物浓度和菌体比生长速率等)的测量困难，且数据经常不可得，所以现阶段一般使用发酵过程的温度、PH值和溶氧值来表征发酵过程状态，并通过它们来获得较好的发酵效果。温度是影响生化反应过程的一个重要变量，温度过高将导致生物发酵菌种死亡，影响产品的质量；温度过低则发酵速度慢，生产周期长，生产效率低，同时温度对PH值和溶氧值也会产生一定影响。所以，在发酵过程中对温度的监测显得相当重要。同时由于发酵过程是一个具有非线性的复杂生化反应，影响发酵温度的因素很多，如微生物发酵热、电机搅拌热、冷却水本身的温度变化以及周围环境温度的改变等，因此一般的单率采样线性系统不能刻画整个系统的特性，此时就需要建立双采样率哈马斯坦模型描述整个生物发酵反应的温度和反应产物非线性关系，并对双率采样哈马斯坦模型的参数进行辨识。

发明内容：

本发明的目的是：提出了一种采用双率采样的哈马斯坦非线性模型的参数辨识方法。针对生物发酵反应的温度和反应产物非线性关系建立双采样率哈马斯坦非线性模型，并对采用双率采样哈马斯坦模型的参数进行辨识。

为了实现上述目的，本发明通过多项式变换技术重构了不同频率的输入输出信号，使之成为能用于辨识的输入输出信号，并用递推最小算法对双率采样的哈马斯坦非线性模型进行参数辨识。

本发明的估计模型和原理如下：

对于输入温度采样信号序列u(k)，经过未知参数系统P＝b(z)/a(z)后，其反应产物输出采样信号序列y(k)。假设系统噪声为v(k)，则有哈马斯坦模型：

a(z)y(kq)=b(z)u‾(k)+v(kq),]]>

其中是对输入温度采样信号序列u(k)的非线性表达。

由于输入温度信号序列u(k)和反应产物输出信号序列y(kq)的采样频率不同，系统参数不可辨识，所以需要对哈马斯坦模型进行双率提升，得到双率哈马斯坦模型：