[发明专利]基于自适应拟随机数搜索的热电偶分数阶系统辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于自适应拟随机数搜索的热电偶分数阶系统辨识方法，包括以下步骤：步骤一对热电偶测温过程中的输出信号进行采集；步骤二将步骤一采集到的输出信号作为热电偶分数阶系统辨识的输入，基于自适应拟随机数搜索法调节分数阶传递函数的参数、、得到均方差最小的最佳参数值、、；步骤三将步骤二计算得到的参数带入到分数阶数学模型中，即可确定热电偶系统的分数阶传递函数；本发明将基于自适应拟随机数搜索的分数阶系统辨识方法运用在热电偶系统辨识当中，从而获得更精确的热电偶模型。本发明可以有效解决热电偶测量接点热惯性延迟和偶丝热扩散单相延迟的问题。

技术领域

本发明涉及系统辨识领域，尤其涉及一种基于自适应拟随机数搜索的热电偶分数阶系统辨识方法。

背景技术

当今社会科学技术水平不断发展，温度测量的方法也在逐渐增多，测量精度也在不断提高。由于热电偶具有携带方便、结构简单、响应速度快等特点，使其在温度测量中得到了广泛的应用。热电偶的系统辨识在控制工程当中具有重要意义。在研究热电偶的系统辨识时，传统的方法都是基于整数阶，近几年，随着分数阶微积分的应用越来越广泛，它在系统辨识的应用也在慢慢增加，但是在分数阶系统辨识领域还是鲜有研究。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于自适应拟随机数搜索的热电偶分数阶系统辨识方法。

本发明方法具体是：

步骤一：用热电偶测量恒温源，将采集的信号至PC端。

步骤二：将步骤一采集到的输出信号作为热电偶分数阶系统辨识的输入，基于自适应拟随机数搜索法调节分数阶传递函数的参数α₁、α₂、γ得到均方差最小的最佳参数值α_1opt、α_2opt、γ_opt；其中自适应拟随机数搜索法包括如下步骤：

步骤a：设置自适应拟随机数搜索法的参数向量初值[α₁₀ α₂₀ γ₀],搜索范围α₁、α₂为0到5，γ为0到2；均方差MSE_min初值为10000。

步骤b：产生500组在-0.5到0.5之间的拟随机数，用于改变参数α₁，产生500组在-0.5到0.5之间的拟随机数，用于改变参数α₂，产生500组在-0.2到0.2之间的拟随机数，用于改变参数γ。

步骤c：通过把步骤a的参数向量初值分别与步骤b中对应的拟随机数相加，得到500组新的参数向量。

步骤d：以步骤c所得500组新的参数向量为基础，确定500个分数阶模型参数，进而计算得到500个均方差。

步骤e：以步骤d所得均方差，找出最小的均方差MSE₅₀₀。

步骤f：以步骤e所得的最小均方差MSE₅₀₀与MSE_min进行比较，如果MSE₅₀₀小于MSE_min，则令MSE_min等于MSE₅₀₀，并记入此时的参数向量，否则MSE_min和参数向量保持不变。

步骤g：以步骤f所得的MSE_min，调小收缩系数v，v的取值范围为0到1。

步骤h：以步骤f所得的参数向量和步骤g所得的收缩系数v，对步骤b中产生的拟随机数范围进调整，具体调整为产生500组在-0.5*v到0.5*v之间的拟随机数，用于改变参数α₁，产生500组在-0.5*v到0.5*v之间的拟随机数，用于改变参数α₂，产生500组在-0.2*v到0.2*v之间的拟随机数，用于改变参数γ。