i为调节参量，yk为式（1)的状态变量，y ^为第 k个控制周期的温度参考输入，为从特征模型辨识模块得到的辨识参数。
[0033] 逻辑积分控制律：uiik+1= u k+kiek+1
[0035] 其中，Δ为一小正数，ek= y k-y# Uk表示第k个控制周期的蒸汽阀门开 度。
[0036] 逻辑微分控制律
[0037] 其中，Cd为可调参数，e k= y k_yr,k，1为正整数且0〈l〈k，。
[0038] 维持跟踪控制律：
[0039] 其中，λ 2为调节参数，其他同黄金分割控制律。
[0040] 总的控制输入为
[0041] (2)特征模型辨识模块
[0042] 特征模型全系数自适应控制方法采用式（1)作为辨识模型，利用投影梯度法进行 在线辨识，得到的辨识参数作为全系数控制律的参数进行控制。其中投影梯度法自适应律 可写为
[0044] 其中，
辨识参数初始值可取，
h为采样周 期，0〈c〈l，(K [yk yk i uk]T，4免4]表示投影算子，α为自适应律增益（〇〈α〈2)，系统输 出初始值〇。该模块的输出作为基于特征模型的全系数控制律模块的输入共同构成基 于特征模型的全系数自适应控制律，并且在本发明中作为反馈控制器。
[0045] 以上反馈控制器可调参数λ i、λ 2、Cd等一般根据不同的被控对象和温度参考指 令选取不同的数值，没有确定的范围。下面给出本控制器在一个具体生产线上实施时的取 值作为后续应用的一些参考。在该生产线上，培养基的参考指令控制温度为123度，培养基 为糊状物质，因此，设走可调参数分别为λ·ι =0.2，λ 2=0.8，cd= 0. 0001，Δ = I，k 2 = 0. 1，Ii1= 0. 04。
[0046] (3)反复学习前馈模块
[0047] 本发明采用一种基于反复学习的方法来构建前馈控制器实现对可测扰动的在线 补偿。具体包括如下几个环节：
[0048] a)前馈查找表的构成
[0049] 前馈查找表由如下表项构成：
[0051] 其中，物料流量和物料温度作为输入，控制量作为输出。基本工作原理如下：
[0052] 当外部可测扰动和系统输出稳定时系统处于一种平衡状态，通过提取外部可测扰 动不同组合状态下对应系统控制输入获得一组数据：（外部可测扰动，控制量），此组数据 可以看作在此工作状态下得到的平衡点。依照此种方法，对于本连消系统主要考虑两种影 响因素：物料流量和物料温度，与其所对应的控制输入共同描述了系统不同组合下的平衡 点，把它们组织成表格的形式形成一个前馈查找表，用于描述系统在不同外部扰动下的平 衡态，因此，该表格为一个二维表格。在实际控制时根据当前的外部扰动状态（物料流量， 物料温度），通过对前馈查找表进行插值获得要达到平衡点的输出量作为前馈控制器的输 出。
[0053] b)前馈查找表的构建
[0054] 由于系统是一个反复进行的生产过程，可以采用反复学习的方法从零开始构建前 馈查找表。不断监测连续灭菌自动控制系统的物料流量、物料温度和喷射器出口物料温度， 并计算喷射器出口物料温度与参考温度的误差e k，判断如果I ek I〈0. 5且前馈查找表不存在 对应当前物料流量和物料温度的查找表项，则将当前的物料流量，物料温度，蒸汽阀门开度 Uk添加到前馈查找表，否则不进行操作。采用这种方式，每次控制获得的可靠的信息（喷射 器出口温度偏差在一个小的范围内所对应的数据对（物料流量，物料温度，控制量））都可 以加入前馈表中作为下一次控制的基础，类似于人类所形成的"经验"。通过不断反复，前馈 表上的信息更加丰富，类似于人类的经验越来越丰富。
[0055] (4)总控制量计算模块
[0056] 总的控制量u即是反馈控制律Uf与前馈查找表输出量u b的和，即
[0057] u = ub+kuf
[0058] 其中，k e [0, 1]为比例参数。
[0059] 下面结合工作流程对本发明控制系统进行详细说明，本发明系统的工作流程包 括：
[0060] 首先，特征模型辨识模块获取当前蒸汽喷射器的出口培养基温度Tk+1、蒸汽阀门开 度H k，进而得到辨识参数尨,厶，么，并送至全系数控制律模块；
[0061] 然后，全系数控制律模块接收、培养基温度与参考温度的误差ek，进而 得到反馈控制量ufik+1，并送至总控制量计算模块；反复学习前馈模块一方面不断监测连续 灭菌自动控制系统的物料流量、物料温度，并根据当前物料流量、物料温度从前馈查找表中 查找对应的前馈控制量110+1，并送至总控制量计算模块；另一方面对查找表进行更新维护， 接收培养基温度误差e k，并判断如果I ek I〈0. 5且前馈查找表不存在对应当前物料流量和物 料温度的查找表项，则将当前的物料流量，物料温度，蒸汽阀门开度Uk添加到前馈查找表， 否则不进行操作；
[0062] 最后，总控制量计算模块接收反馈控制量ufik+1、前馈控制量1!0+1进而得到当前蒸 汽阀门开度u k+1。
[0063] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种基于特征模型的连续灭菌反复学习自适应控制器，其特征在于包括特征模型辨 识模块、全系数控制律模块、反复学习前馈模块、总控制量计算模块，其中 特征模型辨识模块，获取当前蒸汽喷射器出口的培养基温度Tk+1、蒸汽阀门开度uk，进 而得到辨识参数么，并送至全系数控制律模块，其中，k表示第k个控制周期；所述 的辨识参数尤，,么为其中，4=[2-1 士]'，]!为采样周期，0〈c〈l，<i)kl=[ykykiUk]T，0〈a〈2，y〇=0，yk为第k周期蒸汽喷射器出口的培养基温度Tk; 全系数控制律模块，接收,?、培养基温度误差ek，进而得到反馈控制量ufik+1， 并送至总控制量计算模块；所述的培养基温度误差ek为当前培养基温度Tk与第k周期温度 参考输入差值的绝对值；所述的反馈控制量ufik+1为 Uf，k+1一U g，k+l+Ui，k+l+Ud，k+l+U0, k+1 其中，h,k+i=uk+k#!^，u为第k周期 的温度参考输入，1:+12= 1，λλ2= 1:>ki>0,Δ= 1,ek = yk_yr,k，〇〈cd〈i，l为正整数且 〇〈i〈k，uQ=o; 反复学习前馈模块，接收培养基温度误差ek并判断，如果IekI〈〇. 5且前馈查找表不存 在当前物料流量、物料温度对应的学习数据，则将当前物料流量、物料温度、蒸汽阀门开度 uk作为1组学习数据添加到前馈查找表，否则不进行操作；所述的前馈查找表包括多组学 习数据；监测连续灭菌自动控制系统的物料流量、物料温度，并根据当前物料流量、物料温 度从前馈查找表中查找对应的前馈控制量ub，k+1，并送至总控制量计算模块；其中，1组学习 数据包括物料流量，物料温度，蒸汽阀门开度； 总控制量计算模块，接收反馈控制量1^+1、前馈控制量1^+1进而得到第k+Ι周期蒸汽 阀门开度uk+1 = Uf,k+1+Ub,k+1。2. 根据权利要求1所述的一种基于特征模型的连续灭菌反复学习自适应控制器，其特 征在于：所述的λ丨=〇· 2，λ2= 0· 8,cd= 0· 0001，k2= 0· 1，k丨=0· 04,1 丨=0· 382,1 2 = 0. 618〇
【专利摘要】一种基于特征模型的连续灭菌反复学习自适应控制器，包括特征模型辨识模块、全系数控制律模块、反复学习前馈模块、总控制量计算模块；特征模型辨识模块获取当前蒸汽喷射器的出口培养基温度、蒸汽阀门开度得到辨识参数，全系数控制律模块接收辨识参数、培养基温度与参考温度的误差得到反馈控制量；反复学习前馈模块构建更新前馈查找表；总控制量计算模块根据反馈控制量、前馈控制量得到当前蒸汽阀门开度。本发明系统通过反复学习不断优化前馈查找表，消除了物料入口温度和物料流量等可测快变量的扰动，降低了连续灭菌过程中物料入口温度、流量等的可测量的影响，同时具有鲁棒性强、实现简单的优点。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105259761
【申请号】CN201510725419
【发明人】王勇, 刘鑫, 黄煌, 吴宏鑫, 何英姿, 马飞
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月30日