[发明专利]基于改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法

说明书

本发明提供了一种基于改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法，属于回转窑烧成带温度控制系统辨识技术领域。解决了整数阶模型不够精确，以及基本樽海鞘算法精度不够高、收敛速度较慢的技术问题。其技术方案为：包括以下步骤：步骤1)构建回转窑烧成带温度的分数阶CARMA模型；步骤2)构建改进樽海鞘算法的辨识流程。本发明的有益效果为：本发明的改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法的辨识精度高，输出的参数估计误差小；同时，也说明了该辨识方法对于回转窑烧成带温度模型具有较好的适用性。

技术领域

本发明涉及回转窑烧成带温度控制辨识技术领域，尤其涉及一种基于改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法。

背景技术

水泥工业是我国支柱产业之一，广泛应用于楼宇建造、道桥铺设、水利工程等方面。传统水泥的生产往往伴随着能源消耗、环境污染等严重问题。在水泥生产过程中，回转窑烧成带的温度控制是水泥制备的关键因素，另外，平稳控制温度有利于连续生产，提高生产效率，减少燃料和电力的消耗。为了更好地对回转窑烧成带温度进行分析、预测以及控制，需要对回转窑烧成带温度建立系统模型，同时辨识所建立模型的参数。

在对实际系统进行建立模型时，常用的整数阶模型有时会不够精确，从而使建立的数学模型不够接近于真实系统。在辨识方法上，基本的樽海鞘算法收敛速度较慢，易于陷入局部最优，导致精度不够高。最小二乘法在辨识复杂系统时要考虑容易出现数据饱和的问题。随机梯度迭代算法在选择迭代步长时需要考虑辨识结果发散的问题。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法；通过选用的分数阶CARMA模型，不同于常用的整数阶模型，分数阶模型在应用到真实系统时更为精确，另外，采用的改进樽海鞘算法，收敛速度较快，辨识精度较高，能够较好地适用于对回转窑烧成带温度控制过程的建模与参数辨识。

为了实现上述发明目的，本发明采用技术方案具体为：一种基于改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法，包括以下步骤：

步骤1)构建回转窑烧成带温度的分数阶CARMA模型，根据所构建的系统模型获取回转窑烧成带温度控制模型；

步骤2)构建改进樽海鞘算法的辨识流程。

作为本发明提供的一种基于改进樽海鞘算法的回转窑烧成带温度模型辨识方法进一步优化方案，所述步骤1)的具体建模步骤如下：

步骤1-1)构建回转窑烧成带温度的分数阶CARMA模型：如式(1)，给出分数阶CARMA系统的一般形式，

A(z)y(t)＝B(z)u(t)+D(z)v(t) (1)其中，u(t)为系统的输入，y(t)为系统的输出，v(t)为白噪声，A(z)，B(z)和D(z)是关于后移算子z^-1的多项式，α为分数阶阶次，i＝1,2,…,n_a，j＝1,2,…,n_b，k＝1,2,…,n_d，以及a_i，b_j和d_k为要用输入数据和输出数据进行辨识的参数；

步骤1-2)根据式(2)至(10)得到输出y(t)与输入u(t)，误差v(t)之间的关系，其中，根据Grünwald-Letnikov(G-L)定义得到：

其中，t＝kh时，h为采样时间设为1，k为计算导数近似值的样本数；式(2)中为牛顿二项式：

Γ为欧拉函数：