閉環(huán)過程辨識理論及應(yīng)用技術(shù)
定 價:45 元
叢書名:電氣自動化新技術(shù)叢書
- 作者:楊平 于會群 彭道剛 徐春梅
- 出版時間:2019/9/1
- ISBN:9787111630210
- 出 版 社:機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TP271
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書主要是探討面向控制需求的閉環(huán)辨識的基本理論以及工程應(yīng)用技術(shù),探索可工程實現(xiàn)的閉環(huán)辨識新方法和新技術(shù)。
本書提出了新的辨識六要素定義,關(guān)于閉環(huán)辨識的可辨識性和可辨識條件的新看法,模型辨識準(zhǔn)確度的新定義和通用指標(biāo),不穩(wěn)定過程的閉環(huán)辨識新方法,辨識數(shù)據(jù)采集的參數(shù)優(yōu)化方法以及閉環(huán)辨識設(shè)定值激勵的新技術(shù)。本書盡力避免那些晦澀難懂、故弄玄虛和空洞無物的理論闡述,致力于可解決工程實際問題的理論應(yīng)用問題的研究。所提出的理論方法和應(yīng)用技術(shù)可以認(rèn)為是當(dāng)前流行的大數(shù)據(jù)分析中急需的一種人工智能應(yīng)用技術(shù)———數(shù)據(jù)驅(qū)動建模技術(shù),利用它可完成通用的受控過程的模型自動創(chuàng)建任務(wù)。
本書適合于從事控制理論應(yīng)用研究以及有關(guān)大數(shù)據(jù)分析、人工智能、智能工廠、智能機(jī)器和智能識別研究的高校師生和研究所研究人員參考,也適合于從事電力、化工、信息、能源等產(chǎn)業(yè)的有關(guān)自動化及智能裝備的研發(fā)人員、維護(hù)工程師和技術(shù)人員閱讀。
前 言
迄今為止,先進(jìn)控制技術(shù)還是很難在實際工程應(yīng)用中流行起來,原因固然有很多,但至少有一個原因是可以明確的,那就是過程模型辨識應(yīng)用技術(shù)遠(yuǎn)未成熟。先進(jìn)控制之所以優(yōu)越于常規(guī)控制,多半依賴于那些針對過程模型所設(shè)計的最優(yōu)控制規(guī)律。如果過程模型不準(zhǔn)確,那么先進(jìn)控制的優(yōu)越性就體現(xiàn)不出來;如果過程模型未知,那么先進(jìn)控制就成了無源之木,失去了生命力。以在實際應(yīng)用中最有成效的預(yù)測控制為例,其優(yōu)越性是建立在輸出預(yù)測準(zhǔn)確的基礎(chǔ)之上,而輸出預(yù)測依賴于過程模型,過程模型則必須通過建模試驗和建模計算獲得 (這個建模試驗和建模計算就包含了模型辨識技術(shù))。預(yù)測控制系統(tǒng)投入運(yùn)行前必須置入對應(yīng)的過程模型,而且每過一段時間,需要修整已置入的過程模型。否則,模型的不準(zhǔn)確性將直接影響預(yù)測控制的品質(zhì)。所以,每個預(yù)測控制應(yīng)用成功案例都是建立在過程模型被準(zhǔn)確辨識的基礎(chǔ)上,而每個預(yù)測控制應(yīng)用不成功案例的主要原因則必然包括所依賴的過程模型不夠準(zhǔn)確。
其實,即便是在實際工程中應(yīng)用常規(guī)控制技術(shù),也需要模型辨識技術(shù)來助力。例如,常見的 PID控制系統(tǒng)在投入實際運(yùn)行一段時間以后,也常常需要根據(jù)實際控制效果重新整定參數(shù),因為過程模型的特性會由于設(shè)備老化、環(huán)境改變或負(fù)載改變而變化。這時,非常需要一種好用的模型辨識技術(shù)來助力,只要能夠辨識出過程模型參數(shù),那么 PID控制器的參數(shù)重新整定工作就可輕松地完成。
遺憾的是,雖然辨識理論已有近 60年的發(fā)展歷史,但是讓控制工程師應(yīng)用起來還是十分困難。面對復(fù)雜的實際工程應(yīng)用問題,似乎成熟且豐富的辨識理論一下變得空洞和貧瘠起來,許多很基本的概念變得模糊不清。例如,按照辨識理論,辨識激勵信號至少應(yīng)該是被辨識系統(tǒng)的 n階持續(xù)激勵信號;可是用一階的階躍信號做辨識激勵并獲得成功的案例比比皆是,難道辨識理論錯了?再例如,按照傳統(tǒng)的辨識理論,閉環(huán)辨識存在可辨識性問題,不滿足可辨識條件的閉環(huán)系統(tǒng)不應(yīng)該采用直接辨識方案;可是在實際工程中差不多都是采用直接辨識方案,并且許多系統(tǒng)也不滿足已提出的閉環(huán)可辨識條件。還有,實際工程中不存在純理論研究中假設(shè)的、純粹的干凈條件,F(xiàn)實的條件不是純線性的,不是零均值的白噪聲,不是單變量的,不是開環(huán)的,也不是零初值的等。所以,如果按照實際的現(xiàn)實條件來找對應(yīng)的辨識理論,那就找不到可用的理論了!即便能找到一些方法研究的文獻(xiàn),看到一些成功應(yīng)用的案例,也往往只是特例理論,不可通用。
總之,已有的辨識理論在面對當(dāng)今的工程應(yīng)用實踐的需求時已經(jīng)顯得力不從Ⅲ心、指導(dǎo)乏力了。特別是在大數(shù)據(jù)分析盛行,機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等大力發(fā)展的年代、迫切需要發(fā)展更先進(jìn)的辨識理論和更實用的辨識技術(shù),這就是本書寫作的初心。當(dāng)然,本書只專注在閉環(huán)辨識工程應(yīng)用這個限定的領(lǐng)域內(nèi)做了一些力所能及的探索。
本書還可以看成是作者 《多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)控制器———設(shè)計理論及應(yīng)用技術(shù)》和 《PID控制器參數(shù)整定方法及應(yīng)用》兩本書的延續(xù)。因為 《多容慣性標(biāo)準(zhǔn)傳遞函數(shù)控制器———設(shè)計理論及應(yīng)用技術(shù)》一書提出了一種依賴于過程模型的先進(jìn)控制技術(shù),《PID控制器參數(shù)整定方法及應(yīng)用》一書提出了依賴于過程模型的 PID控制器參數(shù)整定技術(shù),而本書 《閉環(huán)過程辨識理論及應(yīng)用技術(shù)》正是提供了一種過程模型辨識的實用理論和技術(shù)。
楊平
2019年 4月
目 錄
前言
第 1章 閉環(huán)過程辨識研究進(jìn)展點評 1
11 閉環(huán)過程辨識的基本概念 1
12 閉環(huán)過程辨識的可辨識性 4
13 閉環(huán)過程辨識的辨識方案 5
14 閉環(huán)過程辨識的激勵信號 6
15 閉環(huán)過程辨識的優(yōu)化計算方法 7
16 閉環(huán)過程辨識的過程模型結(jié)構(gòu) 8
第 2章 閉環(huán)過程辨識理論的研究 10
21 模型辨識準(zhǔn)確度 10
22 辨識試驗方案設(shè)計與過程激勵和響應(yīng)數(shù)據(jù)采集 13
23 閉環(huán)可辨識性問題和閉環(huán)辨識條件 30
24 辨識優(yōu)化計算與模型動態(tài)特性仿真 39
25 激勵信號 41
26 直接辨識方案 49
27 間接辨識方案 50
28 非零初態(tài)條件下的過程辨識 59
29 不穩(wěn)定過程的閉環(huán)過程辨識 63
210 有色噪聲背景下的閉環(huán)過程辨識 69
211 模型結(jié)構(gòu)辨識及基于階躍響應(yīng)特征的模型結(jié)構(gòu)初定方法 75
212 擾動下的閉環(huán)過程辨識 82
第 3章 設(shè)定值激勵閉環(huán)過程辨識的仿真試驗 85
31 大慣性過程的閉環(huán)辨識 85
32 大時滯過程的閉環(huán)辨識 87
33 積分過程的閉環(huán)辨識 88
34 微分過程的閉環(huán)辨識 90
35 振蕩過程的閉環(huán)辨識 92
36 非最小相位 (右零點)過程的閉環(huán)辨識 94
第 4章 閉環(huán)過程的設(shè)定值激勵直接辨識技術(shù) 97
41 設(shè)定值激勵信號的類型選擇和參數(shù)整定 97
42 智能優(yōu)化算法辨識的算法參數(shù)和模型參數(shù)域整定 100
43 閉環(huán)過程設(shè)定值激勵直接辨識技術(shù) 104
Ⅴ
44 閉環(huán)過程設(shè)定值激勵直接辨識技術(shù)的仿真試驗 105
第 5章 設(shè)定值激勵閉環(huán)過程辨識實物的試驗案例 110
51 熱電偶自動檢定裝置及檢定爐爐溫的控制 110
52 檢定爐爐溫過程數(shù)學(xué)模型 111
53 檢定爐爐溫過程模型的閉環(huán)辨識試驗 112
第 6章 結(jié)論與展望 119
61 結(jié)論 119
611 辨識的六要素定義 119
612 模型辨識準(zhǔn)確度的計算和評價 120
613 被辨識過程的模型結(jié)構(gòu)初步確定方法 121
614 閉環(huán)辨識理論的幾個新觀點 122
615 不穩(wěn)定過程的閉環(huán)辨識方法 126
616 有色噪聲背景下的閉環(huán)辨識方法 127
617 基于智能優(yōu)化算法的設(shè)定值激勵閉環(huán)過程直接辨識技術(shù) 129
618 熱電偶自動檢定裝置上的實物試驗驗證案例 129
62 展望 130
參考文獻(xiàn) 131