1.一种多速率重介分选信息物理系统,其特征在于,包括数据采集与提升模块、多速率连续在线辨识模块和多速率智能控制模块;
所述数据采集与提升模块用于,通过数据采集装置采集重介质悬浮液密度和给水阀门开度的数据,并根据系统是否成功采集到数据,判断是否发生数据丢失现象,如果系统没有成功采集到数据,则发生数据丢失现象,则根据预测模型,采用上一时刻的数据估计所丢失的数据,对丢失数据进行补偿,如果没有发生数据丢失现象,则将所采集的数据送入卡尔曼滤波器,消除噪声;采用提升技术重构数据,将数据以框架周期堆叠,形成多速率系统下的增广数据;
所述多速率连续在线辨识模块用于,根据重构后的数据,采用多速率连续在线辨识方法辨识系统参数,建立重介分选多速率系统的模型;
所述多速率智能控制模块用于,根据重介分选多速率系统的模型,设计多速率模型预测控制器;设计多速率事件触发机制,使控制器按需更新。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述采用提升技术重构数据,将数据以框架周期堆叠,形成多速率系统下的增广数据,具体包括:给水阀门开度的控制周期为Ta=ah,重介质悬浮液密度的采样周期为Tb=bh,h为基周期,a代表控制周期与基周期的倍数关系,b代表采样周期与基周期的倍数关系;
定义框架周期T0为控制周期和采样周期的最小公倍数,通过提升技术分别将b个给水阀门开度的数据和a个重介质悬浮液密度的数据进行堆叠,形成以框架周期为新周期的重构数据,具体公式如下所示:其中, 代表以框架周期为新周期的给水阀门开度重构数据, 代表以框架周期为新周期的悬浮液密度重构数据,m为框架周期下的步数,u(mT0+bTa)表示第m个框架周期内的第b个给水阀门开度数据,y(mT0+aTb)表示第m个框架周期内的第a个重介质悬浮液密度数据。
3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述多速率连续在线辨识模块具体执行如下步骤:重介分选多速率系统的模型如下所示:
其中,m为框架周期下的步数,x表示重介分选密度回路的状态,u表示给水阀门的开度,y表示重介质悬浮液的密度;
将重介分选多速率系统的模型改写为:
Z(m)==θ(m)X(m)
其中, 为系统输出, 为当前时刻多速率系统参数矩阵,为系统输入,A、B、C、D为重介分选多速率系统的模型的参数;
定义性能指标函数J为:
其中θ(m‑1)为上一步的多速率系统参数矩阵;α为可调的权值系数;令性能指标函数对θ(m)求导,得到如下多速率连续在线辨识计算式:T T ‑1
θ(m)=(αθ(m‑1)+Z(m)X(m))(X(m)X(m) +α) ,其中T表示转置运算;在每一个框架周期,将重构后的数据带入多速率连续在线辨识计算式中,求得多速率连续在线辨识结果 重介分选多速率系统的模型的参数为A=θ1,B=θ2,C=θ3,D=θ4。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述多速率智能控制模块具体执行如下步骤:步骤1,设计多速率模型预测控制器:设预测时域和控制时域均为1,定义1步预测输出向量Y(m+1|m)和控制律U(m)分别为:Y(m+1|m)=[y(m+1|m)],
U(m)=[u(m)],
其中,y(m+1|m)表示在m时刻对m+1时刻的重介质悬浮液密度估计值,u(m)表示当前时刻给水阀门开度;
步骤2,预测模型为:
Y(m+1|m)=Sxx(m)+SuU(m),
其中Sx=CA,Sx为预测方程中状态项的系数,Su=CB+D,Su为预测方程中控制项的系数;Y(m+1|m)为在m时刻对m+1时刻的重介质悬浮液密度估计值;
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步骤3,定义性能指标函数Jmpc=||ΓY(Y(m+1|m)‑W(m+1))||+||ΓUU(m)|| ,其中,W(m+
1)=[w(m+1)],w代表重介质悬浮液密度的设定值,ΓY和ΓU为加权因子,分别设为ΓY=diag{0.1,0.1,0.1,0.1},diag{·}表示对角矩阵,{0.1,0.1,0.1,0.1}为对角线元素,ΓU=diag{0.006,0.006,0.006,0.006,0.006,0.006},{0.006,0.006,0.006,0.006,0.006,
0.006}为对角线元素;
步骤4,令性能指标函数Jmpc对U(m)求导,求得多速率模型预测控制器的控制律U(m)=K(W(m+1)‑Sxx(m)),其中,K为控制器系数, T表示矩阵转置;
步骤5,设计事件触发机制;
步骤6,定义事件触发误差和事件触发阈值;
步骤7,定义多速率事件触发条件组。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,步骤5包括:计算误差v(m)为当前时刻重介质悬浮液密度与上一触发时刻密度设定值之差,跟踪误差d(m)为当前时刻重介质悬浮液密度与设定值之差。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,步骤6包括:定义事件触发误差e(m):为e(m)=v(m)‑d(m),
定义事件触发阈值eT为:
其中,μ是调节阈值。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,步骤7包括:定义如下多速率事件触发条件组:。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,步骤7中,当多速率事件触发条件组中至少有一个成立时,满足事件触发机制,控制器更新,并将更新后的控制律保存在重介分选现场的零阶保持器中,使控制律维持不变;当多速率事件触发条件组均不成立时,事件触发机制不满足,控制器不更新,控制律仍为零阶保持器中所保存的控制律。