一种结晶器ARMAX模型辨识方法转让专利
申请号 : CN201210130088.X
文献号 : CN102672128B
文献日 : 2014-04-09
发明人 : 张华军
申请人 : 中冶南方工程技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种结晶器ARMAX模型辨识方法,其特征在于,该方法主要包括:A、采集输入、输出数据,以结晶器油缸阀开度u(t)为输入数据,以结晶器位置y(t)为N输出数据,采集N对数据样本Z ;N为自然数;
B、构建结晶器ARMAX模型A(q)y(t)=B(q)u(t)+C(q)e(t);其中:A(q)为第一结晶器输出多项式;B(q)为第二结晶器输出多项式;C(q)为第三结晶器输出多项式;e(t)为高斯-1 -2 -na白噪声;所述第一结晶器输出多项式A(q)=1+a1q +a2q +…+anaq ;第二结晶器输出多项-1 -2 -nb -1 -2 -nc式B(q)=b1q +b2q +…+bnbq ;第三结晶器输出多项式C(q)=1+c1q +c2q +…+cncq ;
-1
q 为后向移动算子;na为结晶器输出多项式阶次,nb为结晶器输入多项式阶次;
C、设ARMAX模型待辨识参数为θ、令基于参数θ的模型输出预测值为 令辨识N过程的目标函数为V(θ,Z);所述ARMAX模型待辨识参数为:θ=[a1 a2 …ana b1 b2 … bnb c1 c2 … cnc];
所述基于参数θ的模型输出预测值为
所述辨识过程的目标函数为
D、针对所述目标函数,利用预测误差法进行迭代搜索以逼近θ全局最优解;
N
E、设预测误差法搜索停止条件为目标函数值V(θ,Z)<tol,其中tol正实数;
F、利用随机赋值的方法为预测误差法初始化搜索起始点θ1;
N
G、计算目标函数V(θ,Z)关于θ的梯度;
H:计算第i+1代θ估计值θi+1;所述第i+1代θ估计值 其中:u为迭代步长,u的选择满足V(θi+1,ZN)<V(θi,ZN);
I:若V(θi+1,ZN)<tol,则停止运算,输出参数估计值θi+1,否则运行步骤G,继续进行迭代计算。
2.根据权利要求1所述的结晶器ARMAX模型辨识方法,其特征在于,步骤G所述目标函数V(θ,ZN)关于θ的梯度:其中:
说明书 :
一种结晶器ARMAX模型辨识方法
技术领域
背景技术
铸坯脱模效果和铸坯表而质量,应在保证振动工艺参数基本稳定的前提下,适当地调整频
率、振幅等振动基本参数。然而,要获得良好的频率、振幅控制效果,必须设计合理的结晶器
控制系统以快速、准确跟踪频率、振幅给定值,而优秀的控制系统是以模型为基础进行系统
分析和设计的,鉴于目前结晶器控制系统基于经验的PID控制器设计方法,有必要首先对
结晶器进行模型辨识,在合理模型基础上再进行控制系统设计以获得良好的控制效果。
发明内容
为输出数据,在采样数据基础上利用预测误差法对结晶器ARMAX模型参数进行离线辨识,
通过迭代搜索能够逼近ARMAX模型未知参数全局最优解,能够获得带有干扰模型的结晶器
模型,为工程应用中结晶器控制系统设计提供科学的模型基础。
y(t)为输出数据,采集N对数据样本Z ;N为自然数;
高斯白噪声;
辨识过程的目标函数为V(θ,Z);
第二结晶器输出多项式B(q)=b1q +b2q +…+bnbq ;第三结晶器输出多项式C(q)=
-1 -2 -nc -1
1+c1q +c2q +…+cncq ;q 为后向移动算子;na为结晶器输出多项式阶次,nb为结晶器输
入多项式阶次。
V(θi+1,Z)<V(θi,Z)。
附图说明
具体实施方式
置y(t)为输出,采集N对数据样本Z ;
q y(t)=y(t-1),na为结晶器输出多项式阶次,nb为结晶器输入多项式阶次,nc为结晶器
干扰噪声多项式阶次,e(t)为高斯白噪声。附图1为ARMAX模型原理图。
足V(θi+1,Z)<V(θi,Z);
1+c1q +c2q ,则待辨识参数为θ=[a1 a2 b1 b2 c1 c2],按照步骤7选择目标函数
下限值vol=0.001,参数初始化值为随机赋值向量θ1=[0.4 0.1 0.25 0.4 0.6
0.26],利用预测误差法按照步骤9~步骤11搜索参数θ的全局最优解。
发明提出的算法辨识得到的ARMAX模型能够精确逼近实际结晶器系统。
输入 46.875 12.02619 11.91768 11.75492 12.22512 11.91406 11.90683 11.87066 11.54876 11.61386
输出 8.583912 8.715567 8.860388 8.91305 9.071036 9.189525 9.308015 9.466001 9.571325 9.663484
序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
输入 11.71152 11.2594 11.13643 10.78559 10.61198 10.21412 10.04413 10.01157 9.939236 9.595631
输出 9.834635 9.953125 10.11111 10.2296 10.38759 10.50608 10.59823 10.70356 10.83521 10.96687
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
870227.7 64908.11 93 603477.4 37645.21 94 148709.0 91189.21 95 6165.41- 2209.21 96 4422.72- 10692.11 97 8233.52- 883068.8 98 58856.8- 324655.6 99 403339.2 551918.5 901 473341.7 269121.6 911 2811.9 322839.6 921 30390.11 479278.7 931 8920.21
625 7403 6578 7049 5561 9118 7795 9118 3583 2395 5864 6301 9758 6093 1430 232 8280 9692 7099 9982 1064 567 5981
79.7 7.11 83 92.5 4.21 84 83.1 9.21 85 .21- 9.21 86 .62- 5.11 87 .62- 70.9 88 .01- 57.6 89 74.2 38.5 801 49.6 40.6 811 69.8 38.6 821 0.11 67.7 831 0.21
1 1 8 1 4 8 2 2 3 6 7 8 9 8 6 1 2 1 2 1 5
3998 3836 7954 9104 0448 7149 825. 5700 046. 6347 090. 7606 912. 8315 8420 2323 7649 4177 0362 4704 2944 6194 9810
2.8 .11 73 6.5 .21 74 8.1 .21 75 01- .31 76 52- .11 77 72- 3.9 78 31- 9.6 79 9.1 8.5 701 3.6 9.5 711 6.8 7.6 721 .01 6.7 731 .21
13 99 84 80 37 30 84 25 82 61 22 13 86 43 25 45 67 45 31 9 46 33
9982 235. 8307 633. 3771 988. 978. 700. 66.4 459. 47.7 8016 97.4 3881 9213 6858 6 4740 9369 6 8856 9476 6 324. 6906 6 581.
.8 11 63 .5 21 64 .2 21 65 8- 31 66 2- 11 67 2- .9 68 1- .7 69 .1 .5 01 .6 .5 11 .8 .6 21 01 .7 31 21
141779.8 61764.11 53 277270.6 95692.21 54 308456.2 7268.21 55 24798.6- 81060.31 56 6511.32- 6831.21 57 1662.82- 231478.9 58 7666.61- 453643.7 59 887695.0 389488.5 501 24387.5 974429.5 511 754544.8 324655.6 521 75110.01 571194.7 531 74759.11
183 719 8 957 718 400 415 207 681 293 252 160 129 861 905 546 293 718 660 34 511 743 939
418. 03.1 4 605. 12.2 4 178. 18.2 4 21.5 40.3 4 2.22 42.2 4 4.82 51.0 4 6.81 075. 4 04.0 739. 40 943. 178. 41 260. 774. 42 90.0 524. 43 67.1
8 1 3 6 1 4 2 1 5 - 1 6 - 1 7 - 1 8 - 7 9 - 5 1 5 5 1 8 6 1 1 7 1 1
4565 1565 856 3452 5606 1738 6825 2074 6750 1414 5903 9578 1363 8743 2447 3089 9338 2568 8476 8674 9362 2963 2389
19.8 2.11 33 17.6 1.21 34 90.3 7.21 35 3.3- 0.31 36 .12- 4.21 37 .82- 3.01 38 .02- 38.7 39 3.1- 20.6 301 30.5 58.5 311 30.8 24.6 321 89.9 92.7 331 7.11
7 2 4 1 6 8 3 5 4 6 1 7 3 9 2 9 5 1 4 6 8 7
4702 5771 7334 6950 1224 3757 0845 8330 374. 5216 058. 4116 698. 2638 1184 6912 6866 5191 4417 4491 8517 6388 2784
3.9 .11 23 1.7 .21 24 6.3 .21 25 .1- .31 26 91- .21 27 72- .01 28 12- 0.8 29 .2- 1.6 201 4.4 8.5 211 6.7 3.6 221 6.9 1.7 231 .11
246552.9 7230.11 13 157903.7 82459.11 14 982000.4 93876.21 15 33242.0- 63499.21 16 4910.81- 88717.21 17 7288.72- 27597.01 18 8542.32- 767333.8 19 42670.4- 154042.6 101 885879.3 551918.5 111 733606.7 287662.6 121 782396.9 573901.7 131 41545.11
入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入
输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输
235011.9 051 31106.01 95783.01 061 577074.8 61764.11 071 129160.6 24382.21 081 597762.2 30988.21 091 87681.7- 20740.31 002
778 686 196 888 331 831 670 888 72 289 207
879. 94 88.0 .2.0 95 229. 04.1 96 975. 32.2 97 276. 68.2 98 62.5 40.3 99
8 1 1 1 1 8 1 1 6 1 1 2 1 1 - 1 1
8830 8833 8242 3396 8696 7910 3452 5202 4001 5117 5833
68.8 841 9.01 1.01 851 48.8 2.11 861 27.6 1.21 871 00.3 8.21 881 6.3- 0.31 891
8 8 5 8 5 6 7 4 3 2
9814 0748 9810 3509 8302 0127 7270 7693 5077 2848 0740
7.8 741 .01 .01 751 1.9 .11 761 8.6 .21 771 4.3 .21 781 .1- .31 791
80 49 2 63 3 49 18 27 75 25
4326 6 612. 7629 6 0224 580. 6 0142 600. 6 0078 407. 6 636. 700. 6
.8 41 11 .9 51 .9 11 61 .7 21 71 .3 21 81 0- 31 91
885874.8 541 83283.11 808867.9 551 127344.9 78669.01 561 285372.7 97419.11 571 511431.4 50256.21 581 74175.0 58330.31 591
924 944 351 370 887 869 212 662 939 788 634
683. 44 38.1 736. 45 337. 88.0 46 628. 68.1 47 086. 95.2 48 138. 99.2 49
8 1 1 9 1 9 1 1 7 1 1 4 1 1 0 1 1
1724 4208 1006 1145 2265 7673 7403 7875 3270 8633 9118
92.8 341 7.11 64.9 351 08.9 7.01 361 80.8 7.11 371 00.5 5.21 381 60.1 9.21 391
6 9 7 8 6 5 1 8 7 2 9
1626 1658 7606 9450 0466 3289 3836 7198 5454 3084 1189
1.8 241 .11 3.9 251 .01 .01 261 0.8 .11 271 3.5 .21 281 5.1 .21 291
326380.8 141 51239.11 220922.9 151 57434.01 14235.01 161 470944.8 56585.11 171 954778.5 85573.21 181 628479.1 35829.21 191
出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号
输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序
6.32- 80.21 012 8.72- 009.9 022 6.61- 643.7 032 994.0 119.5 042 699.5 429.5 052 235.8 906.6
703 520 258 548 863 861 644 679 794 718 532 167
3.22 72.2 90 0.82 50.0 91 8.81 075. 92 81.0 369. 93 414. 178. 94 890. 305.
- 1 2 - 1 2 - 7 2 - 5 2 5 5 2 8 6
2523 7051 521 9580 8455 9089 1244 8366 515 7181 7985 9901
.12- 4.21 802 .82- 3.01 812 .02- 58.7 822 2.1- 10.6 832 59.4 78.5 842 20.8 54.6
5 9 9 7 4 5 2 2 3 1
807. 3995 281. 5545 493. 5990 6872 6912 1628 5685 6681 4985
91- .21 702 82- .01 712 12- 1.8 722 .2- 1.6 732 5.4 8.5 742 0.8 3.6
50 27 84 88 76 47 56 68 23 2 60 71
99.7 407. 6 61.8 808. 6 19.2 7452 6 949. 2722 6 9088 3238 6 5246 6352
1- 21 02 2- 01 12 2- .8 22 3- .6 32 .3 .5 42 .7 .6
5064.61- 17387.21 502 2477.72- 91270.11 512 4363.42- 52135.8 522 20792.6- 306114.6 532 760356.3 256858.5 542 567625.7 559002.6
249 309 210 106 673 627 39 457 138 551 168 269
5.41 88.2 40 8.62 92.1 41 4.52 708. 42 60.8 285. 43 880. 918. 44 402. 121.
- 1 2 - 1 2 - 8 2 - 6 2 3 5 2 7 6
6098 714 6433 9935 8785 6301 7364 9708 7522 232 544 39
.21- 9.21 302 .62- 4.11 312 .62- 70.9 322 .01- 86.6 332 54.2 38.5 342 77.6 60.6
4 2 7 9 7 1 2 1 2 6 3
697. 5700 392. 9096 652. 7606 565. 9811 9854 5685 5440 0892
01- .31 202 52- .11 212 72- 3.9 222 21- 9.6 232 9.1 8.5 242 6.6 0.6
30280.9- 25700.31 102 66.42- 21268.11 112 521.82- 228016.9 122 8767.41- 573901.7 132 695042.1 718178.5 142 480862.6 679369.5
入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出 号 入 出
输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输 序 输 输