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专利号: 2019105903106
申请人: 武汉科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种PSORBFD快速自适应解耦控制方法,其特征在于,包括如下步骤:S1、系统建模:根据控制量与输出量之间的关系,确定系统的传递函数矩阵模型;

所述系统建模具体为:

以每个通道厚度作为测量值,加热螺栓温度作为控制量,构成一个三输入三输出的控制系统,设系统控制量为(u1,u2,u3),输出量为(y1,y2,y3),其中,每个输出量yi同时受到多个控制量ui的影响,从而确定三通道厚度系统的传递函数矩阵模型,如下:S2、建立RBFD解耦控制器:所述RBFD解耦控制器包括输入层、隐含层和输出层,RBFD解耦控制器的解耦控制过程包括RBF初始化、RBF聚类、RBF模型训练和RBF测试;

所述RBF初始化是对系统数据初始化,所述系统数据包括:输入样本X(k),隐含层Rj聚类数量,数据中心点Cj,扩展常数σj和隐含层Rj对输出层i的权值wji;然后提取M条运行数据作为RBF网络的训练集,将所有耦合影响的相关因子作为RBF网络的系统输入,表述为:所述RBF聚类具体包括如下:

1)聚类初始化:

将数据集的所有数据X(k),k=1...M随机分为n个聚类,Rj,j=1...n;

得到各个Rj的中心点Cj=avg[X(j)],X(j)∈Rj;

2)聚类更新:

重新计算各Rj的新中心点Cj=avg[X(j)],X(j)∈Rj;

3)终止判断条件:

if(Cj(T+1)≠Cj(T)),T为聚类迭代次数,则重新执行步骤2)聚类更新;

else聚类结束,转到步骤4);

4)聚类结果输出:

*

得到各聚类Rj的初始中心点Cj;

扩展常数

所述RBF模型训练采用梯度下降法,通过最小化目标函数Ei,i=1,2,3实现对各隐含层节点Rj,j=1...n的数据中心点Cj、扩展常数σj和输出权值wji的自适应调节,具体包括:

1)权值随机初始化:

2)训练数据集:

for k=1 to M

计算Rj输出:

计算所有输出层输出:

计算输出层误差:ei(k)=0‑ymi(k),i=1,2,3(12)计算输出层目标函数:

采用梯度下降法对调节量ΔCj,Δσj,Δwij进行累加:end for

参数调整:Cj(t)=Cj(t‑1)+ΔCj(k)   (17)σj(t)=σj(t‑1)+Δσj(k)   (18)wji(t)=wji(t‑1)+Δwji(k)   (19)输出层的目标函数均值化:

3)终止条件判断

if(Ji

else t=t+1,并重新执行步骤2),训练数据集;

4)训练结束

得到各Rj最终的中心点 权值 扩展常数所述RBF测试是将测试集的新数据代入RBF模型,根据各Rj最终的中心点 和扩展常数得到隐含层的输出yhj(k):进而根据各个聚类的权值 得到系统三通道输出:S3、建立PSORBFD解耦控制器:采用PSO粒子群优化算法对RBFD解耦控制器进行改进,建立PSORBFD解耦控制器;

采用PSO粒子群优化算法对RBFD解耦控制器进行改进的具体流程包括:

1)粒子群参数初始化:

随机生成Np个粒子,构造粒子集Wp;

选取某一个输入X(k)的隐含层输出yhk(j),j=1...n作为粒子群算法的初始训练集;

当前迭代次数Times=1;

2)计算所有粒子的适应度:

3)粒子数据更新:

采用最优原则更新个体极值Pbest(s),个体极值适应度Fpbest(s);

更新全局极值:Gbest=min[Pbest(s),(s=1...Np)]更新全局极值适应度:FGbest=min[Fpbest(s),(s=1...Np)]其中,所述Pbest(s)表示粒子Wp(s)迭代更新过程中适应度最小时的状态,Fpbest(s)表示粒子Wp(s)迭代过程中最小的适应度,Gbest表示Pbest(s)中适应度最小的粒子,FGbest表示Fpbest中的最小值;

4)更新每个粒子的速度、位置和迭代次数:Wp(s)=Wp(s)+V(s)其中 为惯性因子,ξ1,ξ2为加速常数速度限幅:|V(s)|<Vmax粒子更新:Wp(s)=Wp(s)+V(s)其中,V(s)表示第s个粒子的移动速度,s=1,2,3…Np,Wp(s)表示单个粒子,Vmax表示粒子最大速度阈值;

5)判断训练终止条件:

if(Times>Mp||Gbest<Jg),算法结束,转到步骤6);

else Times=Times+1,返回步骤2),重新训练粒子;

其中,Mp表示最大迭代更新次数,Jg表示误差阈值;

6)权值初值输出:

将获得全局极值粒子的位置进行归一化后,作为RBFD控制器训练的权值初始值