[发明专利]一种数据驱动的闭环系统稳定裕度确定方法

说明书

本发明提供一种数据驱动的闭环系统稳定裕度确定方法，属于数据驱动故障诊断和控制技术领域。本发明首先采集闭环系统的闭环数据，包括闭环系统的输入信号、输出信号以及参考输入信号；然后利用采集的数据构造汉克尔矩阵；最后利用构造得到的构造汉克尔矩阵求得稳定裕度。本发明解决了现有技术无法实现对数据驱动闭环系统稳定裕度进行确定的问题。本发明可应用于故障实时评估和监测。

技术领域

本发明属于数据驱动故障诊断和控制技术领域，具体涉及一种数据驱动的闭环系统稳定裕度确定方法。

背景技术

近年来，在计算机技术、电子、信息和通信技术快速发展的带动下，当今工业系统，例如化工生产、机械制造、能源系统等，在规模不断扩大的同时，集成化和复杂程度也变得越来越高。在复杂工业系统中，一个局部异常事件甚至都有可能导致整个工业系统性能下降或者导致重大的工业事故并造成巨大的经济损失。为了提高经济效益和保持行业竞争力，现代工业过程的安全性和可靠性成为了最关键的因素，并获得了学术界和工业领域的广泛关注。

在现有的基于模型的闭环反馈系统稳定性分析工具中，稳定裕度技术起到了关键作用。但是由于这项技术对系统模型的依赖，这项技术往往只是被当作离线分析和设计的有力工具。如何实现数据驱动闭环系统稳定裕度，进而故障对闭环系统稳定裕度的影响能够被实时评估和监测，成为急需解决的问题。

发明内容

本发明为解决现有技术无法实现对数据驱动闭环系统稳定裕度进行确定的问题，提供了一种数据驱动的闭环系统稳定裕度确定方法。

本发明所述一种数据驱动的闭环系统稳定裕度确定方法，通过以下技术方案实现：

步骤一、采集闭环系统的闭环数据，包括闭环系统的输入信号、输出信号以及参考输入信号；

步骤二、利用采集的数据构造汉克尔矩阵；

步骤三、利用构造得到的汉克尔矩阵求得稳定裕度。

作为对上述技术方案的进一步阐述：

进一步的，步骤二具体包括以下步骤：

步骤二一、利用反馈控制器K(z)＝(A,B,C,D)参数构造稳定滤波器其中，A为反馈控制器的系统矩阵，B为反馈控制器的输入矩阵，C为反馈控制器的输出矩阵，D为反馈控制器的直通矩阵；

步骤二二、通过下述公式计算得到滤波后的参考输入信号w(z)：

其中，ω(z)为参考输入信号；

步骤二三、选取维度参数s和N，构造关于系统滤波后的参考输入信号w(z)、输入信号u(z)、输出信号y(z)的汉克尔矩阵：

W_s,N＝[w_s,k … w_s,k+N-1]

Y_s,N＝[y_s,k … y_s,k+N-1]

U_s,N＝[u_s,k … u_s,k+N-1]

其中，w_k表示w(z)在k时刻的采样值，y_k表示y(z)在k时刻的采样值，u_k表示u(z)在k时刻的采样值。

进一步的，步骤三中所述利用构造得到的汉克尔矩阵求得稳定裕度的过程包括：

其中，b_s为稳定裕度，表示求取矩阵最大奇异值的倒数。

进一步的，步骤二一中所述稳定滤波器具体为：