[发明专利]一种基于偏置继电反馈的发电机组闭环频域辨识方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种，特别涉及一种基于偏置继电反馈的发电机组闭环频域辨识方法。

背景技术

许多控制方法都是基于模型的，如预测控制、内模控制等。因此准确地辨识出模型是十分重要的。模型的辨识方法可大致分为：时域辨识和频域辨识。与时域辨识方法相比，频域辨识具有不易受噪声影响、易于实现数据压缩等优点。继Luyben首先将继电反馈技术用于模型辨识之后，许多改进的方法被相继提出。然而，这些方法只能辨识固有结构的低阶模型；采用多次继电反馈测试，辨识时间过长；只应用一点或两点频率响应数据去拟合对象模型，因此不能在大的范围内逼近过程的频率特性。

在实际的工业生产中，经常存在一些具有大时滞、时变、非线性、强耦合、动态特性差异大等特点的多输入多输出过程对象。对这种典型过程对象辨识时也常需要对其进行解耦，将多输入多输出对象转化为多个单输入单输出对象。然而许多控制对象不能直接改变设定值，如：发电厂协调控制系统中，输出功率设定值可以改变，但蒸汽压力设定值不能单独改变。然而在实际工业生产中，对于存在不可操作变量输入信号的回路，可以进行继电反馈实验来获得对象的某些特性，如火电厂可以通过修改PID控制模块的上下限来实现系统的临界震荡。因此，采用偏置继电反馈实验的闭环频域辨识将使辨识变得简单，辨识模型精确度高、可靠性强。对控制回路控制器的设计和对象的自适应控制具有重要的意义。

发明内容

本发明是针对具有大时滞、时变、非线性、强耦合、动态特性差异大等特点的过程对象频域辨识时间长的问题，提出了一种基于偏置继电反馈的发电机组闭环频域辨识方法，该方法操作简单，便于在生产过程中实现，并能有效、准确地辨识出对象模型，辨识采用多点拟合，在噪声环境下，仍有很高的鲁棒性和精确性，为闭环系统辨识提供了必要的参数模型。

本发明的技术方案为：一种基于偏置继电反馈的发电机组闭环频域辨识方法，具体包括如下步骤：

1）记录偏置继电反馈实验数据：对于稳定运行的闭环回路，将控制器从PID控制器切换到偏置继电器，待对象达到临界震荡后再次切换到PID控制直到对象输出再次稳定，记录整个过程对象的输入                                                和输出；

2）获取回路对象临界频率：

给定频率，将采集数据代入得对象的频率响应为：

    

其中，yk、uk、tk分别为时刻对象的输出、输入和采样时间，Ny为采样点数，yk-1、uk-1、tk-1为时刻的对象的输出、输入和采样时间，、、为时刻对象的输出、输入和采样时间的变化量，、为时刻对象的输出、输入和采样时间的变化量，求出其该频率点的幅值和相位；

假设为所求系统回路临界频率，则可通过下面的迭代公式计算确定：

其中，为在使用迭代公式时第n+1次迭代的频率，、为第n次迭代的相位和频率，、为第n-1次迭代的相位和频率，初次迭代时n=1，和的初始值设为零，取为一个尽量小的数，迭代运算公式具有二次收敛速度，在几个迭代运算后，即可逼近对象实际临界频率；

3）获取对象在设定频率段多点的频率特性：

设定频率范围(,)内需要辨识的频率响应点的数目为M，则在设定频率范围内离散频率点ωl上的频率响应可通过下面频率响应公式计算获得，：

从而得到多个点的频率特性；

4）确定闭环对象的辨识模型：通过步骤3）获取的频率响应,，求传递函数矩阵，传递函数矩阵采用二阶加纯滞后模型：

,

参数可通过在,的频率响应点匹配获得，即

式中的参数和L，可通过幅值条件和相位条件确定： 

为求解模型参数的中间矩阵， 可通过最小二乘法得到：

。

本发明的有益效果在于：本发明基于偏置继电反馈的发电机组闭环频域辨识方法，与现有的频域辨识方法相比，本方法实现简单、辨识精度高，具有很好的鲁棒性。可用于含不可操作变量回路的辨识，能得到系统在重要频率段的频率特性，进而得到需辨识控制对象的二阶加纯滞后模型。

具体实施方式