工业过程的子空间模型辨识

子空间模型辨识方法(SMI)是一类新兴的直接估计线性状态空间模型的黑箱建模方法,近年来获得了广泛关注.和传统的线性建模方法相比,SMI的优势不仅在于算法本身的简单可靠,也在于它的状态空间表达.本文首先简要介绍了SMI的基本思想以及3种基本算法(N4SID,MOESP,CVA).然后将这类方法应用于一个实际的工业过程建模,同时对3种SMI基本算法和一种传统辨识算法—预测误差方法(PEM)进行了研究对比.     

基于子空间辨识的状态空间模型预测控制

针对无法从工业过程中获得准确状态空间模型的问题,提出一种基于子空间辨识的状态空间模型预测控制方法。利用子空间辨识方法得到的状态空间模型作为系统模型,给出约束条件下的预测控制算法。以CD播放器机械臂系统为例,通过状态空间模型预测控制方法实现对系统输出的跟踪控制,仿真结果表明,该方法控制效果良好。     

基于子空间辨识的煤气混合加压过程建模方法

本文针对高炉煤气与焦炉煤气混合加压过程,提出一种基于子空间辨识的过程状态与输出关系建模方法.通过分析过程的强耦合特性,以蝶阀前的高炉煤气压力和流量、焦炉煤气压力和流量为过程状态,混合煤气热值和压力为输出,采用子空间辨识方法建立了一个4输入2输出的关系模型.仿真实验表明,建立的模型有效地反映了过程特性,具有较高的辨识精度.     

状态空间子空间方法处理闭环系统辨识

本文给出一个由闭环数据辨识状态空间模型的算法，此算法可辨识带有严重噪声干扰和延迟的稳定及不稳定系统，并已为数学理论及实验结果所验证。     

脉冲响应模型的闭环子空间辨识方法

针对实际情况中难以采集控制系统开环数据的问题,对脉冲响应模型的闭环辨识问题进行了研究,提出了一种基于正交分解理论的脉冲响应模型闭环子空间辨识方法。通过使用正交分解得到联合输入输出信号的确定部分（Deterministic Components）,把闭环问题转化成开环问题。利用Toeplitz矩阵下三角结构形式,对由脉冲响应模型系数组成的子空间矩阵分块分解,通过求取子空间矩阵元素的平均值来获取脉冲响应模型参数的估计。通过采用PID控制器的单输入单输出（SISO）数值仿真、多输入多输出（MIMO）数值仿真和Wood-Berry蒸馏过程仿真实验3个仿真实例,对比研究了所提方法与PBSID_OPT、CVA三种方法。仿真结果表明了所提出的方法具有良好的辨识性能。对于实际工业过程的建模问题,该研究所提的闭环子空间辨识方法具有实际的参考价值和一定的指导意义。     

一种完全数据驱动的子空间辨识与鲁棒预测控制器设计

针对线性时变多变量系统,在可能存在输入输出数据噪声的情况下,不需已知系统的先验结构信息,提出一种完全数据驱动的子空间辨识及控制器设计方法.在子空间在线辨识基础上,利用不确定性模型更好地建模被控系统,结合鲁棒控制策略进行预测控制器的设计;将系统建模与鲁棒控制器的设计包含在一个控制系统设计框架内,对模型不确定性具有更好的鲁棒性;最后给出仿真实例验证算法的有效性.     

递推子空间模型辨识算法的研究与仿真

为了很好的解决在线辨识系统模型问题,在对子空间模型辨识研究的基础上,结合递推最小二乘算法和子空问状态辨识方法。推导了子空间状态辨识的递推算法。该算法不仅解决了在线辨识问题,而且算法简单,计算方便,很好地克服了在线辨识时子空间矩阵维数的变化问题。经仿真研究表明,该递推算法克服了一次完成算法在大批量数据运算时,耗时大,专用内存多的缺点,而且对于测量和过程均有噪声干扰的多输入多输出系统,有很好的辨识效果,有较为广阔的应用前景。     

基于子空间方法的精馏塔系统辨识建模研究

子空间辨识方法作为一种有效的针对多输入-多输出系统(MIMO)的辨识建模方法近年来受到广泛的重视.目前主要采用的子空间辨识算法只能适用于白噪声环境,而实际的工业现场数据很多是受到较大有色噪声干扰的.针对问题采用了一种新的子空间辨识算法,利用马尔可夫参数用于处理随机性部分,同时引入辅助变量用以去除噪声的干扰,能够适用于存在较大有色噪声干扰情况下的辨识建模,并可得到对象的无偏模型,建模的精度优于通常所采用的子空间辨识算法.通过对精馏塔仿真模型的辨识结果证明了该方法的可行性和有效性,以及在实际工业过程对象建模中良好的应用前景.     

基于子空间辨识的模型预测控制器经济性能评估方法

目前模型预测控制器(MPC)的经济性能评估(EPA)方法多依赖于过程解析的稳态模型,为了更方便有效的对MPC经济性能进行评估,本文提出一种基于子空间辨识的模型预测控制器经济性能评估方法,仅利用过程操作数据即可实现对控制器的经济性能评估,避免了对过程解析稳态模型的依赖性.利用已知过程操作数据,通过子空间辨识求取子空间矩阵...     

有色噪声条件下的子空间辨识改进方法及应用

针对工业生产过程中噪声往往为有色噪声的情况,提出一种改进的子空间辨识方法。传统的子空间辨识方法在系统存在有色噪声时辨识效果不佳,改进方法则采用变换系统模型形式来克服有色噪声对系统的影响,在辨识时直接利用变换系统模型后的数据得到系统较为准确的状态空间模型,实践证明,状态空间模型更适用于工业过程。连续搅拌反应釜（CSTR）系统是一类典型的工业生产系统,将子空间辨识方法应用于CSTR过程的仿真实验,通过比较改进前和改进后的系统预测误差,验证了所提方法的有效性。     

分数阶系统时域子空间辨识

研究了分数阶系统的时域辨识问题,给出了一种新的分数阶系统时域子空间辨识算法.当分数阶微分阶次已知时,通过计算输入输出信号的分数阶微分,构造新的输入输出数据方程对系统的参数进行子空间辨识.当分数阶微分阶次未知时,通过代价函数将阶次辨识问题转化为参数寻优问题.采用Poisson滤波器有效避免了在计算分数阶微分时输入输出信号必须高阶可导的问题.通过分析给出了权矩阵的选取方式,提高了时域子空间辨识结果的精度.数值仿真结果表明了该算法的有效性.     

基于AVL数据的公交运行可靠性评价及影响因素分析

结合成都市48路公交线路全天车辆自动定位(Automatic Vehicle Location,简称AVL)数据,定量分析公交运行可靠性及其相关关系。对比证明区间运行时间均值与其标准差的对数呈现更为显著的线性关系后,量化指标区段长度、信号交叉口个数、公交专用道长度、站点个数、时间段,并细化指标沿线土地利用性质,建立多元线性回归模型以解释造成区间运行时间波动的原因。考虑到不可靠性会随着车辆的运行而逐步向后续区段传播的特性,提出了在因变量中加入前一区段运行波动性这一指标,以从时间和空间两个层面探究造成公交运行不可靠的原因,最终证明区段间公交运行可靠性存在较强关联性。     

Subspace identification methods for Hammerstein systems: rank constraint and dimension problem

This article studies the subspace identification methods (SIMs) for Hammerstein systems with major focus on a rank constraint and the related dimension problem. We analyse the effects of the rank constraint on the three steps of a unifying framework for SIMs: the rank constraint has no effect on the first two steps, but does so on the third step. If the rank constraint is ignored, as in the existing over-parametrised method (OPM) for Hammerstein system identification, the optimality of the resulting estimate can still be established. Even so, the OPM may suffer from the dimension problem resulting in a low numerical efficiency. To resolve the dimension problem, we propose a new subspace-based method, named as the least-parametrised method (LPM), for identification of Hammerstein systems with non-coupling input nonlinearities. Simulation results are provided to demonstrate the effectiveness of the LPM, and show the necessity of considering the rank constraint to improve the numerical efficiency.     

闭环子空间辨识方法的分析与比较

在实际应用中,辨识方法的辨识精度和辨识效率一直是人们关注的指标,也是人们选择辨识方法的主要依据。针对多种闭环子空间辨识方法的辨识精度和辨识效率问题的研究,首先归纳和总结了基于正交分解和基于正交投影闭环子空间辨识方法的理论和实现;然后扩展提出了基于正交分解的闭环子空间辨识方法 ORT_POMOESP、ORT_N4SID和基于正交投影的闭环子空间辨识方法 CSOPIM_W2;最后考虑系统输入输出测量噪声,针对过程噪声为白噪声和有色噪声两种情况下,通过仿真算例以数值分析的形式,对比研究了多种闭环子空间辨识方法的辨识精度和辨识效率。该研究不仅对子空间辨识方法应用于实际工业过程的建模具有实际的参考价值,而且对实际工程应用中闭环子空间辨识算法的选用具有一定的指导意义。     

基于分布式模型的动车组预测控制方法

针对动车组由若干动车/拖车组成的动力单元固定编组耦 合构成,难以用集中式模型进行有效描述的问题,提出一种动车组运 行过程的分布式描述与建模方法. 基于动车组牵引/制动特性曲线和实际运 行数据,采用子空间模型辨识方法建立了动车组各动力单元的分布式状态空间模型;提出基于分布式模型的动车组预测控制方法,给出了各动力单元牵引/制动力和运 行速度同步跟踪控制算法.基于CRH380AL型动车组运行过程数据的对比仿真结果验证了本文方法的有效性.     

由MOVX指令深入分析51单片机总线时序及扩展

分析了MCS51单片机访问外部存储器指令MOVX的执行过程,介绍了51系列单片机使用的四要素;分析了51单片机在外部扩展、总线时序、地址译码方法重点以及对超过64KB地址空间访问的方法。并以实验室研制的MCS51单片机实验仪为例,分析了外部空间开展的重要性、方法和原理,给出了单片机系统扩展框图和地址译码表。     

统计过程监测与反馈控制的整合: 状态空间下的一般方法

将状态空间模型引入统计过程监测,选取状态变量为统计过程控制(SPC)统计量,以解决自相关过程的统计监测问题.在分析常用的最小均方误差(MMSE)和PID控制器的基础上,提出了工业过程控制(EPC)反馈控制器的一般设计方法和基本设计原则.作为演绎示例,给出了两组新型反馈控制器,并与MMSE和PID的反馈调整进行比较,当过程均值发生阶跃扰动时,可进一步提高统计监测效果.