專利名稱：基于模型控制的設(shè)備快速測(cè)試的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種用于開(kāi)環(huán)測(cè)試和系統(tǒng)辨識(shí)的方法和裝置，使用這種方法和裝置可以為系統(tǒng)中基于模型的控制發(fā)生系統(tǒng)模型。更明確的講，本發(fā)明涉及一種多變量系統(tǒng)辨識(shí)方法，該方法使用設(shè)備友好的(plant-friendly)二位式多頻(BMF)信號(hào)，并結(jié)合多變量參數(shù)化建模技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)試時(shí)間的顯著減少。
一種用來(lái)描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征的方法是在輸入通道應(yīng)用擾動(dòng)信號(hào)然后測(cè)量該系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)的響應(yīng)。接著處理這些輸入輸出信號(hào)以給出該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的一個(gè)估計(jì)。這個(gè)方法稱為系統(tǒng)辨識(shí)。
在關(guān)于系統(tǒng)辨識(shí)的大量文獻(xiàn)和現(xiàn)有技術(shù)中，除了對(duì)信號(hào)應(yīng)當(dāng)給予持續(xù)激勵(lì)這個(gè)事實(shí)外，很少有人重視對(duì)擾動(dòng)信號(hào)本身的設(shè)計(jì)。在線性系統(tǒng)情況下，這意味著信號(hào)應(yīng)該足夠穿越被辨識(shí)系統(tǒng)的帶寬。對(duì)這種情況缺乏重視的一個(gè)主要原因在于重視有關(guān)對(duì)參數(shù)化模型(例如，一個(gè)階躍響應(yīng)指數(shù)擬合值，一個(gè)連續(xù)或離散傳遞函數(shù)，一個(gè)狀態(tài)空間表達(dá)，等等)的系統(tǒng)辨識(shí)技術(shù)的文獻(xiàn)。主要焦點(diǎn)集中在單輸入單輸出(SISO)線性定常系統(tǒng)的離散傳遞函數(shù)模型。在這些情況下，對(duì)于不同的擾動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)通常就沒(méi)有很多選擇。然而，在許多應(yīng)用中這是一種很理想的狀況，事實(shí)上，許多信號(hào)設(shè)計(jì)問(wèn)題確實(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了。
例如，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行持久激勵(lì)的理論要求經(jīng)常與“設(shè)備友好性(plant-friendliness)”的實(shí)際考慮相沖突。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備友好，對(duì)輸入信號(hào)要求如下盡可能的短；激勵(lì)者不受限制或不超過(guò)移動(dòng)尺寸限制；以及對(duì)控制變量的最小分解(也就是，設(shè)定值的低變化和小偏差)。因此，有必要設(shè)計(jì)一種信號(hào)在持久性激勵(lì)與設(shè)備友好性之間實(shí)現(xiàn)一個(gè)合理折衷。
在多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中出現(xiàn)的一個(gè)重要問(wèn)題在于是否具有能減少系統(tǒng)辨識(shí)中數(shù)據(jù)采集所費(fèi)時(shí)間的信號(hào)和技術(shù)。當(dāng)辨識(shí)一個(gè)多輸入多輸出(MIMO)系統(tǒng)時(shí)，也要求獲得幾個(gè)統(tǒng)計(jì)上無(wú)關(guān)的信號(hào)，從而使得分出系統(tǒng)不同輸入輸出關(guān)系變得更容易。而且，當(dāng)系統(tǒng)辨識(shí)的目的是要獲得一個(gè)基于模型控制器的模型時(shí)，要求辨識(shí)與閉環(huán)操作最相關(guān)的頻域并設(shè)計(jì)擾動(dòng)信號(hào)以在這個(gè)頻域激勵(lì)該系統(tǒng)。
關(guān)于時(shí)域辨識(shí)，對(duì)階躍信號(hào)的使用是一種通用實(shí)踐方法。此外，相關(guān)研究出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代和70年代并起源于基于移位寄存器序列的偽隨機(jī)信號(hào)(也就是，特性類似于那些隨機(jī)信號(hào)的確定性信號(hào))。
由于基于二位式最大長(zhǎng)度序列使用移位寄存器電路的信號(hào)發(fā)生器的易用性，因而導(dǎo)致其在一定的應(yīng)用范圍內(nèi)被使用。而其它類型的周期信號(hào)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只有很少的應(yīng)用了，這是因?yàn)檫@些信號(hào)不能由移位寄存器電路很容易地發(fā)生。這些就稱為多級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)(也稱為M信號(hào))。在時(shí)域中，對(duì)于非周期信號(hào)與非周期相關(guān)性的使用在最近幾年通訊領(lǐng)域中研究較多。
關(guān)于頻域辨識(shí)，可以參考Keith Godfrey(1994)《系統(tǒng)辨識(shí)的擾動(dòng)信號(hào)》一書(shū)，它提供了大量關(guān)于頻域辨識(shí)的材料。然而，沒(méi)有例子，其中比較了不同輸入信號(hào)所獲模型并且強(qiáng)調(diào)了不同擾動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)處和短處。雖然如此，該書(shū)對(duì)讀者理解文獻(xiàn)中可用的擾動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)選擇種類依然很有用。
關(guān)于基于模型控制的系統(tǒng)辨識(shí)以及更為明確的模型預(yù)測(cè)控制(MPC)問(wèn)題，在自動(dòng)控制領(lǐng)域是近來(lái)的熱點(diǎn)問(wèn)題。在MPC建模的開(kāi)環(huán)數(shù)據(jù)采集中經(jīng)常采用階躍測(cè)試。
階躍測(cè)試假設(shè)一次只有一個(gè)輸入通道可以平移。每個(gè)階躍平移要持續(xù)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間。通常，每個(gè)輸入平移的持續(xù)時(shí)間為半個(gè)過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的平均值并且對(duì)于每個(gè)輸入可能要執(zhí)行一個(gè)15-20次的平移系列。根據(jù)它們的頻率特征，階躍信號(hào)有助于強(qiáng)調(diào)穩(wěn)態(tài)行為并因此不集中閉環(huán)(更快)行為。這意味著可能獲得了一個(gè)動(dòng)態(tài)特性差的模型。MPC的設(shè)備測(cè)試時(shí)間估計(jì)Ttest對(duì)于具有長(zhǎng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間以及/或者大量獨(dú)立變量的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可能會(huì)不允許變得那么長(zhǎng)。例如，在一個(gè)典型的空氣分離過(guò)程中，根據(jù)這個(gè)特定的過(guò)程特征Ttest在一到兩個(gè)月之間可能很容易發(fā)生變化。這種過(guò)多的設(shè)備測(cè)試時(shí)間通常會(huì)導(dǎo)致MPC工程的實(shí)際上和經(jīng)濟(jì)上的不可行。
測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)的主要原因是階躍測(cè)試強(qiáng)調(diào)過(guò)程的低頻、穩(wěn)態(tài)行為。這就轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)時(shí)間的階躍移動(dòng)。然而，為了實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，閉環(huán)帶寬中的過(guò)程信息應(yīng)該是與滿意控制器操作最相關(guān)的信息。閉環(huán)和開(kāi)環(huán)帶寬之間的不同增加了控制器對(duì)閉環(huán)比對(duì)開(kāi)環(huán)的響應(yīng)更快。
因此，通過(guò)集中滿意控制器性能模型可以獲得設(shè)備測(cè)試時(shí)間的減少和更好的控制模型，而不同于為著對(duì)給定過(guò)程十分自然的了解這個(gè)目的而獲得的模型。這種實(shí)現(xiàn)方式已經(jīng)在本發(fā)明中減少測(cè)試時(shí)間方面得到了應(yīng)用。
通常在階躍測(cè)試中使用的大量階躍平移可能也會(huì)使得一個(gè)設(shè)備測(cè)試時(shí)間變長(zhǎng)。要求大量階躍平移一般是為了降低數(shù)據(jù)中噪聲的影響，特別是在測(cè)試中不可能有大信噪比(S/N)時(shí)。此外，未測(cè)量到的干擾、環(huán)境變化或者測(cè)試過(guò)程中操作模式的變化可能會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)輸出響應(yīng)偏差。這樣的輸出響應(yīng)偏差可能需要糾正，而接著導(dǎo)致輸入通道之間的不必要相關(guān)性。這意味著在后來(lái)的數(shù)據(jù)采集中，輸入通道之間沒(méi)有相關(guān)性的一組數(shù)據(jù)是必要的。換句話說(shuō)，需要修正更多的數(shù)據(jù)。
有關(guān)減少設(shè)備測(cè)試時(shí)間，同時(shí)以設(shè)備友好的方式提取與過(guò)程控制相關(guān)的信息并且不需要折衷(可能提高)所獲模型的質(zhì)量等一些技術(shù)問(wèn)題正受到挑戰(zhàn)。這也是本發(fā)明的焦點(diǎn)所在。

發(fā)明內(nèi)容
概述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是一種用于設(shè)計(jì)擾動(dòng)信號(hào)來(lái)激勵(lì)一個(gè)預(yù)先確定數(shù)量輸入變量的系統(tǒng)的方法和裝置。其目的是為了測(cè)試該系統(tǒng)以獲得一個(gè)基于模型控制器的綜合模型。該示例方法是從提供系統(tǒng)輸入?yún)?shù)這一步開(kāi)始的。然后基于這些輸入?yún)?shù)發(fā)生大量二位式多頻(BMF)信號(hào)并且計(jì)算這些BMF信號(hào)的頻譜。從該組BMF信號(hào)中選擇一個(gè)BMF信號(hào)以使所選BMF信號(hào)的頻譜與由輸入?yún)?shù)指定的設(shè)定頻譜最相匹配。然后所選BMF信號(hào)就被用作為測(cè)試系統(tǒng)的第一擾動(dòng)信號(hào)。所選BMF信號(hào)也被一定延時(shí)數(shù)量的樣本所移位來(lái)創(chuàng)建一個(gè)原始BMF信號(hào)的延遲副本并被用作系統(tǒng)測(cè)試的第二擾動(dòng)信號(hào)。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是一種用于設(shè)計(jì)擾動(dòng)信號(hào)來(lái)激勵(lì)一個(gè)預(yù)先確定數(shù)量輸入變量的系統(tǒng)的方法和裝置。其目的是為了測(cè)試該系統(tǒng)以獲得一個(gè)基于模型控制器的綜合模型。該示例方法是從提供系統(tǒng)輸入?yún)?shù)這一步開(kāi)始的，包括選擇一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)頻譜。然后基于這些輸入?yún)?shù)發(fā)生大量BMF信號(hào)并且計(jì)算這些BMF信號(hào)的頻譜。基于BMF信號(hào)的信號(hào)頻譜與設(shè)定的擾動(dòng)信號(hào)頻譜之間的匹配，需要選擇一組BMF信號(hào)，每個(gè)所選BMF信號(hào)具有幾乎100％的有效功率。從該組BMF信號(hào)中選擇一個(gè)BMF信號(hào)，使得該信號(hào)的頻譜與選定的擾動(dòng)信號(hào)頻譜最相匹配。然后所選BMF信號(hào)就被用作為測(cè)試系統(tǒng)的第一擾動(dòng)信號(hào)。所選BMF信號(hào)也被一定延時(shí)數(shù)量的樣本所移位，使得原始BMF信號(hào)和該信號(hào)的延遲副本在一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)。然后該延遲BMF信號(hào)被用作為系統(tǒng)測(cè)試的第二擾動(dòng)信號(hào)。
本發(fā)明的更進(jìn)一步的一個(gè)實(shí)施例是一種用于設(shè)計(jì)設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)來(lái)激勵(lì)系統(tǒng)的預(yù)先確定數(shù)量輸入通道的方法和裝置。其目的是為了測(cè)試該系統(tǒng)以獲得一個(gè)基于模型控制器的綜合模型。該示例方法是從確定系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間這一步開(kāi)始的。然后發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)，該信號(hào)與系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道相匹配。然后執(zhí)行每個(gè)BMF信號(hào)對(duì)系統(tǒng)輸入通道分配的任務(wù)。選擇與系統(tǒng)大量輸出相符的設(shè)備友好性判據(jù)以及確定與大量系統(tǒng)輸出相符的期望初始值。然后確定關(guān)于輸入通道的與系統(tǒng)大量輸出相符的近似穩(wěn)態(tài)增益。然后選擇該BMF信號(hào)的一組幅值。
確定響應(yīng)該系統(tǒng)輸出的系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型基于如下系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間關(guān)于系統(tǒng)輸入的與系統(tǒng)大量輸出相符的穩(wěn)態(tài)增益；以及至少一個(gè)預(yù)先確定階次的線性動(dòng)態(tài)性。使用這種簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型可以仿真通過(guò)系統(tǒng)輸出中BMF信號(hào)的輸入通道激勵(lì)效應(yīng)，并且最終的仿真響應(yīng)結(jié)果是基于設(shè)備友好性判據(jù)來(lái)判斷的。如果該仿真系統(tǒng)響應(yīng)被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么BMF信號(hào)給輸入通道的分配以及/或者至少一個(gè)BMF信號(hào)的幅值發(fā)生了變化，基于該仿真結(jié)果的判斷，應(yīng)該重復(fù)進(jìn)行該仿真?；蛘撸山鉀Q一系列最優(yōu)化問(wèn)題以確定BMF信號(hào)的一組幅值選擇，該BMF信號(hào)使用了一組初始幅值、簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型、期望初始輸入輸出值、擾動(dòng)信號(hào)對(duì)輸入通道的分配以及設(shè)備友好性判據(jù)。
該最優(yōu)化也可以解決一組擾動(dòng)信號(hào)對(duì)輸入通道的分配問(wèn)題。對(duì)這些最優(yōu)化分配中的一些來(lái)說(shuō)在給定的約束范圍內(nèi)可能是不可行的。這就意味著這些分配根本就不滿足設(shè)備友好性判據(jù)。因此，在一步中該最優(yōu)化可能確定對(duì)輸入通道擾動(dòng)信號(hào)的分配是不可行的并為可行分配計(jì)算最優(yōu)化幅值。然后在設(shè)備測(cè)試中使用了這種輸入分配與在設(shè)備友好性要求上對(duì)設(shè)備進(jìn)行最佳激勵(lì)所產(chǎn)生幅值的組合。
本發(fā)明還有一個(gè)實(shí)施例就是一種用于測(cè)試一個(gè)包含預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道以及大量輸出通道的系統(tǒng)的方法和裝置。其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合的大量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。然后發(fā)生與系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道相匹配的隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的大量BMF信號(hào)。該BMF信號(hào)被分配到系統(tǒng)輸入通道并分配幅值。然后執(zhí)行使用這些BMF信號(hào)分配的一個(gè)系統(tǒng)測(cè)試，并糾正在測(cè)試期間發(fā)生在大量輸出通道上的大量輸出信號(hào)。然后判斷大量輸出信號(hào)之間的相互作用。表示被判斷為大體上相互作用的輸出信號(hào)的第一組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕闪?。生成第一組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪褂昧硕噍斎攵噍敵?MIMO)參數(shù)化建模工具并且基于BMF信號(hào)分配和輸出信號(hào)采集。接著生成表示被判斷為幾乎完全沒(méi)有相互作用的輸出信號(hào)的第二組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。生成第二組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪褂昧硕噍斎雴屋敵?MISO)參數(shù)化建模工具并且基于BMF信號(hào)分配和輸出信號(hào)采集。
本發(fā)明還有另一個(gè)實(shí)施例就是一種用于設(shè)計(jì)擾動(dòng)信號(hào)來(lái)激勵(lì)系統(tǒng)的輸入通道的方法和裝置。其目的是為了測(cè)試該系統(tǒng)以獲得一個(gè)基于模型控制器的綜合模型。該示例方法是從提供系統(tǒng)輸入?yún)?shù)這一步開(kāi)始的，包括選擇一個(gè)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、一個(gè)主導(dǎo)時(shí)間常量、第一信號(hào)幅值估計(jì)、第二信號(hào)幅值估計(jì)、系統(tǒng)的設(shè)備友好性判據(jù)以及該測(cè)試信號(hào)的一個(gè)估計(jì)頻譜。然后基于這些輸入?yún)?shù)發(fā)生大量BMF信號(hào)并且計(jì)算這些BMF信號(hào)的頻譜?；贐MF信號(hào)的信號(hào)頻譜與輸入?yún)?shù)之間的匹配，需要選擇一組BMF信號(hào)，這些BMF信號(hào)具有大體上100％的有效功率。從該組BMF信號(hào)中選擇一個(gè)BMF信號(hào)，這樣所選BMF信號(hào)的頻譜與測(cè)試信號(hào)的估計(jì)頻譜最相近匹配。然后所選BMF信號(hào)就用作為測(cè)試系統(tǒng)的第一擾動(dòng)信號(hào)并且第一個(gè)測(cè)試信號(hào)幅值被設(shè)置為第一信號(hào)幅值估計(jì)值。所選BMF信號(hào)也被一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間所移位。然后該延遲BMF信號(hào)被用作為系統(tǒng)測(cè)試的第二擾動(dòng)信號(hào)并且第二個(gè)測(cè)試信號(hào)幅值被設(shè)置為第二信號(hào)幅值估計(jì)值。
系統(tǒng)的響應(yīng)是通過(guò)使用第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)來(lái)仿真的。判斷最終響應(yīng)結(jié)果是基于設(shè)備友好性判據(jù)的。如果該響應(yīng)被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么第一測(cè)試信號(hào)幅值和第二測(cè)試信號(hào)幅值中的至少一個(gè)發(fā)生了變化，基于該仿真響應(yīng)的判斷，應(yīng)該重復(fù)進(jìn)行該仿真。
本發(fā)明還有更進(jìn)一步的一個(gè)實(shí)施例就是一種用于設(shè)計(jì)擾動(dòng)信號(hào)來(lái)激勵(lì)系統(tǒng)的輸入通道的方法和裝置。其目的是為了測(cè)試該系統(tǒng)以獲得一個(gè)基于模型控制器的綜合模型。該示例方法是從提供系統(tǒng)輸入?yún)?shù)這一步開(kāi)始的，包括選擇一個(gè)第一信號(hào)幅值估計(jì)值、一個(gè)第二信號(hào)幅值估計(jì)值以及該系統(tǒng)的設(shè)備友好性判據(jù)。還要提供隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)。第一測(cè)試信號(hào)幅值被設(shè)置為第一信號(hào)幅值估計(jì)值并且第二測(cè)試信號(hào)幅值被設(shè)置為第二信號(hào)幅值估計(jì)值。
系統(tǒng)的響應(yīng)是通過(guò)使用第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)來(lái)仿真的。判斷最終響應(yīng)結(jié)果是基于設(shè)備友好性判據(jù)的。如果該響應(yīng)被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么第一測(cè)試信號(hào)幅值和第二測(cè)試信號(hào)幅值中的至少一個(gè)發(fā)生了變化，基于該仿真響應(yīng)的判斷，應(yīng)該重復(fù)進(jìn)行該仿真。


圖1A顯示的是一個(gè)示例BMF信號(hào)。
圖1B顯示了在一個(gè)選定的頻率窗函數(shù)中穿越一組指定的諧波的圖1A中示例BMF信號(hào)的頻譜。
圖2A顯示的是圖1A中示例BMF信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)(ACF)。
圖2B、圖2C和圖2D顯示的是圖1A中示例BMF信號(hào)與其自身延遲副本之間的互相關(guān)函數(shù)(CCF)。
圖3是一個(gè)設(shè)備快速測(cè)試?yán)臃綁K圖概述。
圖4是描述一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生的示例方法的流程圖。
圖5是描述一組設(shè)備友好的BMF擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生的示例方法的流程圖。
圖6是描述一組設(shè)備友好的BMF擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生的示例替代方法的流程圖。
圖7是描述一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)、設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生的示例方法的流程圖。
圖8顯示的是根據(jù)設(shè)備友好性判據(jù)判斷示例輸出測(cè)試信號(hào)的圖表。
圖9是描述一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)、設(shè)備友好的BMF擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生的示例方法的流程圖。
圖10描述對(duì)一個(gè)設(shè)備的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的示例方法的流程圖。
圖11顯示的是一組描述基于模型控制設(shè)備的示例矩陣模型圖。

發(fā)明內(nèi)容
詳述本發(fā)明涉及到一個(gè)設(shè)備快速測(cè)試的設(shè)計(jì)以獲得一個(gè)系統(tǒng)基于模型控制的系統(tǒng)模型，例如一個(gè)空氣分離單元(ASU)、氫碳一氧化物(HyCO)設(shè)備或者一個(gè)天然氣液化設(shè)備(NGL)，該設(shè)備具有多輸入(可操縱)通道和多輸出(可控制)通道。一個(gè)示例系統(tǒng)如圖3中設(shè)備320所示。當(dāng)然，其它設(shè)備如石化設(shè)備，或者其它混合系統(tǒng)包括電子和機(jī)械系統(tǒng)，根據(jù)本發(fā)明都需要通過(guò)一個(gè)模型控制器來(lái)操作和測(cè)試。
這樣一個(gè)測(cè)試中的一個(gè)重要考慮就是用于測(cè)試針對(duì)其輸入電平擾動(dòng)的系統(tǒng)響應(yīng)擾動(dòng)信號(hào)的發(fā)生?！断到y(tǒng)辨識(shí)中的擾動(dòng)信號(hào)》一書(shū)(作者為K.Godfrey，Prentice Hall國(guó)際有限公司出版，1994)提供了基于設(shè)備數(shù)據(jù)的模型開(kāi)發(fā)的與擾動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)相關(guān)的全面背景，并且該書(shū)以引用的方式并入本文中。
較佳地，該擾動(dòng)信號(hào)應(yīng)當(dāng)持續(xù)激勵(lì)該系統(tǒng)以幫助減少實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)測(cè)試所必要的時(shí)間。另外一個(gè)考慮就是信號(hào)幅值應(yīng)當(dāng)要求足夠大以給由輸出所確定的系統(tǒng)響應(yīng)提供一個(gè)足夠大的信噪比(S/N)。較佳地，該信號(hào)幅值不要那樣大以至于超過(guò)可接受的范圍。此外，在多變量設(shè)備測(cè)試中，幾個(gè)輸入通道同步擾動(dòng)之間的相互作用可能會(huì)影響輸出電平。這就意味著要幫助確保一個(gè)設(shè)備友好的測(cè)試，在該測(cè)試中輸出電平保持在可接受的范圍之內(nèi)。在實(shí)際測(cè)試之前可能需要測(cè)試該設(shè)備簡(jiǎn)化模型的潛在擾動(dòng)信號(hào)。
而且，對(duì)于不同的擾動(dòng)信號(hào)也需要使得相互之間隨機(jī)近似無(wú)關(guān)。從而允許對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行更簡(jiǎn)單地以及潛在上更精確地分析。此外，要求擾動(dòng)信號(hào)穿越被測(cè)試系統(tǒng)的控制相關(guān)帶寬。還要求擾動(dòng)信號(hào)的功率集中起來(lái)并且在系統(tǒng)控制相關(guān)頻率窗函數(shù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好分布。
二位式多頻信號(hào)一類可被用作擾動(dòng)信號(hào)的示例信號(hào)稱為二位式多頻(BMF)信號(hào)。BMF信號(hào)的首次提出是由A.Van den Bos 1967年在布拉格舉行的第一屆IFAC關(guān)于自動(dòng)控制系統(tǒng)辨識(shí)研討會(huì)上的一篇論文《二位式多頻測(cè)試信號(hào)的構(gòu)建》中所描述的那樣。接著Van den Bos與R.G.Krol在雜志International Journal of Control，30(1970)上發(fā)表了有關(guān)BMF信號(hào)設(shè)計(jì)的論文《帶有確定付立葉幅值譜的離散時(shí)間間隔二位式信號(hào)》，該文允許使用穿越一定數(shù)量諧波的確定頻譜來(lái)發(fā)生BMF信號(hào)。M.R.Buckner和T.W.Kerlin在雜志Nuclear Science andEngineering，49(1972)上發(fā)表的論文《反應(yīng)堆頻率響應(yīng)測(cè)量中的最優(yōu)化二位式信號(hào)》中也討論了BMF信號(hào)的設(shè)計(jì)。Buckner和Kerlin能通過(guò)發(fā)生一個(gè)僅基于偶次諧波的BMF信號(hào)和一個(gè)僅基于奇次諧波的BMF信號(hào)來(lái)發(fā)生兩個(gè)不相關(guān)的BMF信號(hào)。
圖1A是描述一個(gè)示例BMF信號(hào)幅值與轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔數(shù)比值的圖。該圖顯示了這個(gè)周期信號(hào)的一個(gè)周期。該信號(hào)在上級(jí)100與下級(jí)102之間變化。在圖1A的示例圖中BMF信號(hào)帶有一個(gè)任意單元的幅值居中顯示約為零。這樣一個(gè)示例BMF信號(hào)可被用作一個(gè)設(shè)備測(cè)試中的擾動(dòng)信號(hào)以確定系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的響應(yīng)，例如一個(gè)基于模型控制的設(shè)備測(cè)試。在一個(gè)設(shè)備快速測(cè)試?yán)又?，該BMF信號(hào)可能居中于一個(gè)預(yù)先確定的初始輸入電平并且該幅值可能要求調(diào)整以提供一個(gè)最大激勵(lì)擾動(dòng)信號(hào)，同時(shí)保持設(shè)備友好地操作。
由一個(gè)BMF信號(hào)所穿越的帶寬很大程度上可通過(guò)兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定，即轉(zhuǎn)換時(shí)間和周期。這些參數(shù)可從基于先前研究(比如該系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)態(tài)仿真，等等)以及設(shè)備的觀察或者在設(shè)備測(cè)試之前從設(shè)備上采集的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)觀察或者對(duì)相似設(shè)備經(jīng)驗(yàn)的觀察中確定。該BMF信號(hào)的轉(zhuǎn)換時(shí)間Tsw(也就是電平變化之間的最小時(shí)間)是基于測(cè)試系統(tǒng)的主導(dǎo)開(kāi)環(huán)時(shí)間常量τdon的且長(zhǎng)度不應(yīng)當(dāng)大于πτdom。在閉環(huán)操作期間要求更快的系統(tǒng)響應(yīng)有可能縮短Tsw，Tsw的減少通?？赡苓_(dá)到2或3這樣的因子，但是如果要求強(qiáng)烈反饋控制并且被判斷為可實(shí)現(xiàn)的則該因子甚至可以更大。
一個(gè)BMF信號(hào)周期長(zhǎng)度P是基于被測(cè)試系統(tǒng)的估計(jì)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Tss和轉(zhuǎn)換時(shí)間的。對(duì)于一個(gè)一階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，τdom＝Tss/5＝T99％/5，τdom＝T97％/4以及τdom＝T95％/3(這里Tn％表示捕獲n％的系統(tǒng)響應(yīng)所花費(fèi)時(shí)間)。這些關(guān)系可擴(kuò)展到更高階系統(tǒng)。為了完全穿越開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中設(shè)定頻率窗函數(shù)的諧波。P要求至少等于2πTss。在只要求控制相關(guān)頻率信息的情況下，有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Teff，也就是系統(tǒng)在控制相關(guān)時(shí)間范圍內(nèi)響應(yīng)一個(gè)擾動(dòng)所花時(shí)間，在信號(hào)周期方程中替換過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，由此造成BMF周期縮短，縮短因子通常為0.8或0.6。而且，轉(zhuǎn)換時(shí)間總數(shù)N在單個(gè)BMF信號(hào)周期內(nèi)必須為一個(gè)整數(shù)。一般選擇N為偶數(shù)以確保一個(gè)帶有零平均值的BMF信號(hào)，但是這種選擇不是必須的。此外，較佳地選擇N為2的冪次以確保在快速付立葉交換(FFT)信號(hào)處理中沒(méi)有譜泄漏，這通常作為測(cè)試數(shù)據(jù)分析的一部分。圖1A中的示例BMF信號(hào)包括32個(gè)單元的Tsw。
BMF信號(hào)是作為頻域信號(hào)發(fā)生的。因此，相比其它種類的擾動(dòng)信號(hào)如PRBS或者多級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)來(lái)說(shuō)，使用BMF信號(hào)可允許對(duì)擾動(dòng)信號(hào)頻譜進(jìn)行更精確的控制。數(shù)學(xué)軟件包如MATLAB，其中包含的一些算法可用來(lái)發(fā)生BMF信號(hào)。對(duì)于一個(gè)示例BMF信號(hào)來(lái)說(shuō)，所要求的頻率窗函數(shù)和頻譜可在發(fā)生BMF信號(hào)時(shí)指定。雖然穿越指定諧波的頻譜可以通過(guò)規(guī)格得到合理有效的控制，但是在指定頻率窗函數(shù)內(nèi)它可能不能提供一個(gè)合乎需要的BMF信號(hào)功率數(shù)量。
圖1B描述了圖1A中示例BMF信號(hào)穿越具有16個(gè)諧波的頻率窗函數(shù)的頻譜104。作為參考，提供了一個(gè)示例設(shè)定頻譜106以用來(lái)發(fā)生BMF信號(hào)。在一個(gè)示例擾動(dòng)信號(hào)選擇方法中，可將許多BMF信號(hào)頻譜與設(shè)定信號(hào)頻譜進(jìn)行比較。一個(gè)特殊BMF信號(hào)的選擇可能基于該BMF信號(hào)對(duì)每個(gè)諧波的貢獻(xiàn)與所要求貢獻(xiàn)之間的絕對(duì)差分或平方差分的一個(gè)加權(quán)平均。
圖2A顯示的是圖1A描述的示例BMF信號(hào)的周期自相關(guān)函數(shù)(ACF)。需要注意的是在該示例中，對(duì)一個(gè)信號(hào)周期P，BMF信號(hào)的ACF可能需要選擇無(wú)偏差以及相對(duì)近似為0。通常，峰值與最高中間值的比值要求大于5比1以保證在一個(gè)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)輸入通道之間的無(wú)關(guān)性。
圖2B到圖2D顯示的是圖1A中示例BMF信號(hào)與其自身延遲副本之間的互相關(guān)函數(shù)(CCF)圖表。這些圖表除了有一個(gè)延遲外與圖2A中的ACF圖表看起來(lái)很相似。與圖2B中的CCF相應(yīng)的ACF圖表在圖2A中200點(diǎn)處開(kāi)始延遲。圖2C與圖2D中的CCF在相應(yīng)圖表的202點(diǎn)和204點(diǎn)處各自開(kāi)始延遲。因此，一個(gè)示例BMF信號(hào)與其自身延遲副本之間的CCF可能被選擇為無(wú)偏差并且接近于零。一組示例延遲BMF信號(hào)可能被發(fā)生，其中每一個(gè)都被該組中前一個(gè)信號(hào)延遲一定數(shù)量時(shí)間。這就意味著通過(guò)延遲一個(gè)BMF信號(hào)發(fā)生一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的信號(hào)是可能的。
在一個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)的示例測(cè)試中，要求通過(guò)延遲前一個(gè)信號(hào)至少一個(gè)Teff來(lái)發(fā)生每個(gè)連續(xù)的BMF擾動(dòng)信號(hào)(也就是，時(shí)間足夠長(zhǎng)使得在任何信號(hào)之間的互相關(guān)性變大以前系統(tǒng)響應(yīng)在控制相關(guān)時(shí)間范圍內(nèi)大體上已經(jīng)置位了)。如果任何兩個(gè)信號(hào)之間的最小延遲大于Teff，那么該示例組中任何兩個(gè)BMF信號(hào)之間的CCF的初始部分幾倍小于Teff可能是無(wú)偏差的并且接近于零。也要求BMF信號(hào)的一個(gè)周期至少和任何擾動(dòng)信號(hào)與該組中任何其它擾動(dòng)信號(hào)的最大延遲加上Teff一樣長(zhǎng)。
因?yàn)樵摻M中這些輸入擾動(dòng)信號(hào)的任何一對(duì)間的CCF可能要求在至少一個(gè)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)無(wú)偏差及接近于零。用來(lái)估計(jì)過(guò)程動(dòng)態(tài)性的輸入輸出關(guān)系的反卷積得到了高度簡(jiǎn)化。
在任何兩個(gè)擾動(dòng)信號(hào)之間所設(shè)定的最大延遲與擾動(dòng)信號(hào)周期之間的關(guān)系可能要給最小BMF信號(hào)周期施加一個(gè)附加條件。例如，如果輸入通道數(shù)m大于6，那么BMF擾動(dòng)的最小周期可能被要求增加到mTeff。
也應(yīng)當(dāng)注意到，由于Teff表示的是在控制相關(guān)時(shí)間范圍內(nèi)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)激勵(lì)可能持續(xù)響應(yīng)的時(shí)間，所以要求在第一個(gè)測(cè)試Teff期間所獲得的輸出數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)被丟棄并且不應(yīng)當(dāng)用來(lái)做測(cè)試數(shù)據(jù)分析，而且還要求該測(cè)試應(yīng)當(dāng)在一個(gè)BMF信號(hào)周期P外擴(kuò)展至少一個(gè)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。因此，一個(gè)使用隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)的多輸入系統(tǒng)的示例測(cè)試要求最小時(shí)間ttest可由方程1給定。
ttest＝P+Teff＝(2π+1)Teff當(dāng)m＜＝6ttest＝P+Teff＝(m+1)Teff當(dāng)m＞6方程1由于Teff是基于系統(tǒng)最長(zhǎng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的以及過(guò)程響應(yīng)的長(zhǎng)期特征可能不是控制相關(guān)的，因此有可能使測(cè)試變得更短。更長(zhǎng)的測(cè)試可被用來(lái)增加信噪比，并且特別是在由于過(guò)程或傳感器噪聲使得輸出信號(hào)的噪聲比較大的情況下會(huì)提高測(cè)試結(jié)果。
綜述圖3顯示的方塊圖顯示的是一個(gè)示例設(shè)備測(cè)試程序中生成一個(gè)基于模型控制的設(shè)備模型的高水平概述。開(kāi)始點(diǎn)是要確定一組在設(shè)備測(cè)試中使用的隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的擾動(dòng)信號(hào)。雖然圖3中的示例方塊圖描述了利用BMF擾動(dòng)信號(hào)測(cè)試程序的實(shí)施例，但是也期望其它多變量信號(hào)如偽隨機(jī)二位式信號(hào)、多級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)或者Schroeder-相正弦曲線可被用作替代擾動(dòng)信號(hào)?！断到y(tǒng)辨識(shí)中的擾動(dòng)信號(hào)》一文對(duì)于偽隨機(jī)二位式信號(hào)和多級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)揭示了可能的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于多個(gè)Schroeder-相正弦曲線的設(shè)計(jì)指導(dǎo)方法在美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)的短期課程講義“系統(tǒng)辨識(shí)原理(1999)”中由D.E.Rivera所揭示，并以引用的方式并入本文中。
母BMF信號(hào)(Mother BMF signal)304是由BMF信號(hào)發(fā)生程序302使用估計(jì)參數(shù)300發(fā)生的。如圖所示，估計(jì)參數(shù)300可能是基于設(shè)備320的經(jīng)驗(yàn)觀察的。估計(jì)參數(shù)300也可能是從一個(gè)設(shè)備(如果存在的話)動(dòng)態(tài)仿真獲得的，或者是從基于其它具有類似特征的設(shè)備中的經(jīng)驗(yàn)獲得的。要求許多BMF信號(hào)由BMF信號(hào)發(fā)生程序302所發(fā)生然后從該組預(yù)期BMF擾動(dòng)信號(hào)中選擇一個(gè)母BMF信號(hào)304。母BMF信號(hào)304的選擇要求是基于估計(jì)參數(shù)300的并且在下面圖4中有更詳細(xì)的討論。
所選母BMF信號(hào)304被用來(lái)發(fā)生隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的延遲BMF信號(hào)308。發(fā)生這些延遲BMF信號(hào)的一個(gè)示例方法就是使用帶有延遲緩沖器306的多路復(fù)用器。該母BMF信號(hào)被復(fù)制了很多次，然后僅僅只有一個(gè)原始信號(hào)被裝載到延遲緩沖器中。每個(gè)延遲緩沖器較佳地延遲該信號(hào)一個(gè)預(yù)先確定的時(shí)間，如在第一個(gè)緩沖器中延遲一個(gè)Teff，在第二個(gè)緩沖器中延遲兩個(gè)Teff等等。該預(yù)先確定的延遲時(shí)間較佳地為一個(gè)整數(shù)樣本或者轉(zhuǎn)換時(shí)間以簡(jiǎn)化和提高測(cè)試分析的精度，但是延遲樣本的數(shù)量可以是非整數(shù)。這自然相當(dāng)于使用一個(gè)延遲時(shí)間為整數(shù)倍數(shù)的更新了的抽樣時(shí)間。選擇一個(gè)滿足該條件的抽樣時(shí)間并用它在設(shè)備測(cè)試期間對(duì)輸入輸出信號(hào)抽樣對(duì)于避免信號(hào)混疊很重要?；蛘咂渌椒?，如運(yùn)行于一臺(tái)通用電腦上的軟件程序或者一個(gè)迭代延遲方法，在該方法中最近發(fā)生的擾動(dòng)信號(hào)被拷貝并被延遲一定數(shù)量來(lái)發(fā)生下一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)，都可用來(lái)發(fā)生延遲BMF信號(hào)308。
在圖3中顯示了兩個(gè)延遲BMF信號(hào)308，為一個(gè)具有三個(gè)輸入通道的設(shè)備提供擾動(dòng)信號(hào)。帶有三個(gè)輸入信號(hào)的例子只是為了描述方便一些。輸入通道數(shù)較佳地由基于模型的控制器范圍確定。附加輸入通道可能會(huì)增加設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)分析程序324的復(fù)雜性，并可能增加上述方程1中所描述的最小測(cè)試時(shí)間。在一個(gè)空氣分離設(shè)備的示例中，輸入通道數(shù)可能在8到10之間。甚至可能使用更多數(shù)量的輸入通道，這要取決于基于模型的控制器的范圍。
一旦發(fā)生了足夠的擾動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)就被分配到輸入通道并且選擇輸入信號(hào)幅值的初始估計(jì)值。然后該擾動(dòng)信號(hào)作為設(shè)備310的簡(jiǎn)化模型的輸入被測(cè)試。設(shè)備310的簡(jiǎn)化模型要求基于如圖所示的設(shè)備320的先驗(yàn)知識(shí)。這些設(shè)備先驗(yàn)知識(shí)可能包括設(shè)備數(shù)據(jù)；設(shè)備的動(dòng)態(tài)仿真；以及設(shè)備操作員/工程師的知識(shí)。此外，設(shè)備友好性判據(jù)也可從這些先驗(yàn)知識(shí)中產(chǎn)生。關(guān)于設(shè)備310的簡(jiǎn)化模型的建立在如下的圖6和圖7中有詳細(xì)描述。
設(shè)備310的簡(jiǎn)化模型發(fā)生與設(shè)備輸出信號(hào)322相對(duì)應(yīng)的估計(jì)輸出信號(hào)312。輸出通道數(shù)較佳地由基于模型的控制器范圍確定。在圖3的示例概述中，顯示了兩個(gè)設(shè)備輸出信號(hào)322以及兩個(gè)相應(yīng)的估計(jì)輸出信號(hào)312。選擇兩個(gè)輸出通道只是為了方便說(shuō)明。例如，對(duì)于一個(gè)空氣分離設(shè)備來(lái)說(shuō)輸出通道數(shù)可能在20到25之間，但是可能需要甚至更多數(shù)量的輸出通道。附加輸出通道可能會(huì)增加設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)分析程序324的復(fù)雜性和時(shí)間。
設(shè)備310簡(jiǎn)化模型的使用很好地實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能，即幫助確保測(cè)試的設(shè)備友好性以及測(cè)試期間達(dá)到最大的系統(tǒng)激勵(lì)。設(shè)備友好性對(duì)于一個(gè)設(shè)備測(cè)試來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的考慮因素。在一個(gè)設(shè)備測(cè)試中，如果設(shè)備輸出被設(shè)備友好的擾動(dòng)輸入信號(hào)激勵(lì)到超過(guò)某個(gè)水平，那么就可能違反安全與/或產(chǎn)品規(guī)格約束。因此，在設(shè)備實(shí)際測(cè)試之前必須確保被提議的設(shè)備測(cè)試是設(shè)備友好的。這樣的設(shè)備不友好性可能由以下幾個(gè)原因造成，即輸入擾動(dòng)信號(hào)的幅值太大或者激勵(lì)兩個(gè)或更多輸入通道的擾動(dòng)信號(hào)之間的相互作用。如估計(jì)輸出信號(hào)312圖中虛線所描述的那樣，對(duì)于設(shè)備310簡(jiǎn)化模型的估計(jì)輸出信號(hào)312，可以建立設(shè)備友好性判據(jù)。只要估計(jì)輸出信號(hào)312保持在這些判據(jù)范圍內(nèi)，那么最終的示例設(shè)備測(cè)試就可能是設(shè)備友好的。
對(duì)于輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值可能要設(shè)置為足夠小以大體上保證設(shè)備友好性，但是這樣一個(gè)測(cè)試可能不會(huì)對(duì)系統(tǒng)激勵(lì)很大。測(cè)試期間需要更大的系統(tǒng)激勵(lì)以增加輸出通道的信噪比，因而簡(jiǎn)化測(cè)試結(jié)果的分析。通過(guò)使用設(shè)備310的簡(jiǎn)化模型來(lái)評(píng)估所提議的設(shè)備測(cè)試，就可以確定系統(tǒng)的激勵(lì)。信噪比越高，為獲得一個(gè)可靠的控制相關(guān)的設(shè)備模型可能需要平均化的測(cè)試周期數(shù)就會(huì)越少。因此，最大化信噪比可以減少運(yùn)行開(kāi)環(huán)設(shè)備測(cè)試所需時(shí)間。預(yù)期可能需要兩個(gè)或三個(gè)測(cè)試周期以幫助減少噪聲對(duì)依賴于輸出信號(hào)中噪聲強(qiáng)度的測(cè)試數(shù)據(jù)分析的影響。
在仿真模式下，如果任何估計(jì)輸出信號(hào)312超過(guò)了設(shè)備友好性判據(jù)，那么首先確定仿真或最優(yōu)化程序314。估計(jì)輸出信號(hào)312可能被監(jiān)控以確定期望系統(tǒng)激勵(lì)和一組特別輸入擾動(dòng)信號(hào)與分配幅值的估計(jì)設(shè)備友好性。這可能涉及一個(gè)具有最新估計(jì)輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值的迭代方法和被反饋到設(shè)備310簡(jiǎn)化模型并被測(cè)試的分配任務(wù)315。最新估計(jì)輸出信號(hào)312被分析并且該方法重復(fù)執(zhí)行直到有一個(gè)合適的激勵(lì)，然后確定一組設(shè)備友好的輸入擾動(dòng)信號(hào)。
在最優(yōu)化模式下，仿真或最優(yōu)化程序314可為一組分配選項(xiàng)提供的輸入信號(hào)計(jì)算最優(yōu)輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值。仿真或最優(yōu)化程序314的最優(yōu)模式可能是一種自約束最優(yōu)化程序，這確定了輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值和基于設(shè)備310簡(jiǎn)化模型的分配，這可能被嵌入在最優(yōu)化程序中。因此，該最優(yōu)化可能是一個(gè)單步程序。
一旦確定了輸入擾動(dòng)信號(hào)318的設(shè)定幅值和分配，表示輸入擾動(dòng)信號(hào)318幅值和分配的數(shù)據(jù)就必須在數(shù)據(jù)通道315上提供給信號(hào)發(fā)生器316并且表示信號(hào)形狀的數(shù)據(jù)如在二位式電平之間的時(shí)間延遲就必須在數(shù)據(jù)通道307上提供給信號(hào)發(fā)生器316。圖3中的數(shù)據(jù)傳輸特征是僅僅通過(guò)一個(gè)數(shù)據(jù)通道傳輸只是為方便描述而已，但是期望數(shù)據(jù)傳輸可選擇通過(guò)一個(gè)計(jì)算機(jī)下載或如磁帶、磁盤(pán)或IC記錄媒體等存儲(chǔ)設(shè)備的物理傳輸方式來(lái)完成。數(shù)據(jù)傳輸可能也涉及手工從印刷信息或電子傳輸信息中輸入在信號(hào)發(fā)生器中的設(shè)置。
假設(shè)在設(shè)備測(cè)試時(shí)該設(shè)備的操作是接近于正常操作條件的，那么擾動(dòng)信號(hào)318就會(huì)提供表示偏離來(lái)自這些正常操作條件的輸入(操縱)變量值的數(shù)據(jù)。來(lái)自設(shè)備320中輸出控制通道的輸出信號(hào)322是通過(guò)該設(shè)備中傳感器來(lái)測(cè)量的以及通過(guò)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)分析程序324來(lái)存儲(chǔ)分析的。
表示擾動(dòng)信號(hào)318的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通道317上被提供給來(lái)自信號(hào)發(fā)生器316的設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)分析程序324。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，輸出通道可分成幾組強(qiáng)相互作用的輸出通道。這些強(qiáng)相互作用的輸出通道組包含了展示具有相當(dāng)高的相互依賴程度系統(tǒng)的輸出信號(hào)。使用一種多輸入多輸出(MIMO)子空間辨識(shí)方法或一種ARX算法對(duì)來(lái)自這些通道的數(shù)據(jù)較佳地進(jìn)行分析?？梢允褂酶?jiǎn)單的多輸入單輸出(MISO)參數(shù)化模型(狀態(tài)空間，ARX，ARMAX，輸出誤差，Box-Jankins等)對(duì)與其他輸出通道相互作用較小輸出通道數(shù)據(jù)分別進(jìn)行分析。對(duì)這些不同模型的使用在如下圖10中有詳細(xì)描述。
圖4中流程圖的詳細(xì)描述圖4顯示的流程圖描述了一種發(fā)生BMF輸入擾動(dòng)信號(hào)的示例方法，該信號(hào)用于設(shè)備快速測(cè)試中建立一個(gè)該設(shè)備的基于模型控制的設(shè)備模型。步驟400提供了幾個(gè)用于發(fā)生信號(hào)的參數(shù)。這些參數(shù)是基于被測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定的，或者可從該設(shè)備(如果存在)的一個(gè)動(dòng)態(tài)仿真或基于其它具有類似特征設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)而獲得的。由于考慮到系統(tǒng)的復(fù)雜性，對(duì)于已存設(shè)備來(lái)說(shuō)，來(lái)自設(shè)備操作的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常是較佳的。在升級(jí)一個(gè)已經(jīng)處在運(yùn)行中并且過(guò)去從屬于許多控制系統(tǒng)的設(shè)備控制系統(tǒng)的情況下，設(shè)備操作員的經(jīng)驗(yàn)和先前控制系統(tǒng)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)可能提供大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定輸入擾動(dòng)信號(hào)參數(shù)。
步驟400中提供的參數(shù)較佳地包括系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間、擾動(dòng)信號(hào)的控制相關(guān)頻率窗函數(shù)以及穿越所選頻率窗函數(shù)諧波的擾動(dòng)信號(hào)頻譜。在步驟402中，有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Teff的確定是基于系統(tǒng)不同輸出的時(shí)間常量和所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基于模型控制的控制器的強(qiáng)度。Teff是在擾動(dòng)發(fā)生在一個(gè)控制相關(guān)時(shí)間范圍內(nèi)之后系統(tǒng)對(duì)一個(gè)擾動(dòng)可能持續(xù)很大程度響應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)。因此，確定Teff的焦點(diǎn)就在于具有最長(zhǎng)時(shí)間常量的系統(tǒng)輸出。對(duì)一個(gè)開(kāi)環(huán)一階系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間可定義為系統(tǒng)中最長(zhǎng)處理時(shí)間常量的5倍。在一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中，比如一個(gè)由基于模型控制操作的系統(tǒng)，由于來(lái)自控制器反饋的影響其過(guò)渡過(guò)程時(shí)間可能比開(kāi)環(huán)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間要大大縮短，這較佳地有助于將系統(tǒng)更快地恢復(fù)到設(shè)定的最優(yōu)操作狀態(tài)。圖4中的示例方法是被設(shè)計(jì)用來(lái)發(fā)生一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的作為設(shè)備快速測(cè)試一部分的BMF擾動(dòng)信號(hào)。因?yàn)樵撌纠O(shè)備測(cè)試的目的是要建立一個(gè)基于模型控制設(shè)備的控制相關(guān)模型，所以在步驟402中確定的有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間實(shí)質(zhì)上可以從依賴于設(shè)定的基于模型控制反饋的強(qiáng)度的開(kāi)環(huán)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間中縮短。在很多情況下，Teff可能等于開(kāi)環(huán)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的60％。
在步驟404中還要選擇一個(gè)控制相關(guān)頻率窗函數(shù)。需要選擇該頻率窗函數(shù)以穿越系統(tǒng)的控制相關(guān)頻率。在該頻率窗函數(shù)中捕獲的最低頻率Vlow等于BMF信號(hào)周期的倒數(shù)。設(shè)BMF信號(hào)的最小周期為P，因此最大Vlow與Teff。的關(guān)系如方程1所描述。在該頻率窗函數(shù)中捕獲的最高頻率Vhigh受由轉(zhuǎn)換時(shí)間Tsw所確定的BMF信號(hào)尼奎斯特頻率限制，其關(guān)系如方程2所示。
Vhigh≤VNyquist→∝/τdom≤π/Tsw方程2這里∝是一個(gè)表示幾倍于開(kāi)環(huán)響應(yīng)的閉環(huán)響應(yīng)速度的因子。∝通常為2或3，但甚至可能更高一些。反饋控制通?？s短了系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，因此比起開(kāi)環(huán)系統(tǒng)在帶寬上的高限制來(lái)，應(yīng)當(dāng)較佳地相應(yīng)增加Vhigh。Vhigh的這種較佳增加一般是由2或3的因子來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是甚至可能更高些。這要依賴于所設(shè)定的和能實(shí)現(xiàn)的反饋控制的強(qiáng)度。
在步驟404中控制頻率窗函數(shù)被選擇之后，在步驟406中一個(gè)設(shè)定的擾動(dòng)信號(hào)頻譜穿越了所選擇頻率窗函數(shù)內(nèi)的諧波。信號(hào)功率分布在最多N-1個(gè)諧波上。如圖1B所示為在N＝16時(shí)的一個(gè)設(shè)定的示例擾動(dòng)信號(hào)頻譜I06。在每個(gè)諧波中所設(shè)定的功率可能是基于設(shè)備經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的，這些知識(shí)能提供在一定的頻率范圍內(nèi)具有預(yù)測(cè)響應(yīng)重要性的見(jiàn)識(shí)。設(shè)定的頻譜可能主要集中于一定范圍內(nèi)的諧波上，如圖1B所示的低頻擾動(dòng)信號(hào)，或者可能將擾動(dòng)信號(hào)功率幾乎完全相等地分布在所有諧波上。
在步驟408中，使用步驟400提供的參數(shù)發(fā)生了很多試驗(yàn)BMF信號(hào)。商業(yè)數(shù)學(xué)軟件包如MATLAB可能包括發(fā)生BMF信號(hào)的算法，該算法可用于步驟408?；蛘?，寫(xiě)一個(gè)特定功能的軟件程序或設(shè)計(jì)一個(gè)特定功能的電路以發(fā)生BMF信號(hào)。所發(fā)生的試驗(yàn)BMF信號(hào)數(shù)量可由用戶確定，但是一般可在20到50的范圍之內(nèi)。所發(fā)生的試驗(yàn)BMF信號(hào)數(shù)量越多，與步驟406所設(shè)定頻譜最相匹配的頻譜的信號(hào)發(fā)生的可能性就越大。發(fā)生更多數(shù)量的試驗(yàn)BMF信號(hào)也可能導(dǎo)致與在步驟416中最終選擇的信號(hào)有更相近的匹配?；蛘撸看我粋€(gè)地發(fā)生試驗(yàn)BMF信號(hào)并且對(duì)其進(jìn)行測(cè)試直到發(fā)現(xiàn)有一個(gè)信號(hào)具有與步驟406所設(shè)定頻譜足夠相近的頻譜。
步驟410計(jì)算出了在步驟405中發(fā)生的試驗(yàn)BMF信號(hào)的頻譜。在步驟412中這些譜被用來(lái)選擇試驗(yàn)BMF信號(hào)中的其中某一個(gè)作為示例設(shè)備測(cè)試的母BMF信號(hào)。如圖4中步驟414和步驟416所示，一個(gè)選擇母BMF信號(hào)的示例方法是基于為一個(gè)可接受的低峰值因數(shù)而最大化該信號(hào)有效功率。也期望可以使用其它選擇母BMF信號(hào)的方法如為一個(gè)可接受的高有效信號(hào)功率而最小化該信號(hào)峰值因數(shù)。降低峰值因數(shù)也有助于降低有效功率。因此，在設(shè)計(jì)BMF信號(hào)時(shí)，如何在高有效信號(hào)功率與低峰值因數(shù)之間進(jìn)行很好地折衷是一個(gè)挑戰(zhàn)。要求擾動(dòng)信號(hào)的峰值因數(shù)盡可能的低以對(duì)一個(gè)給定的幅值進(jìn)行最大化的過(guò)程激勵(lì)，但是也要求最大化有效功率百分比以避免在感興趣的頻率窗函數(shù)之外浪費(fèi)信號(hào)功率，并提高設(shè)備測(cè)試時(shí)輸出信號(hào)的信噪比。如果該峰值因數(shù)沒(méi)有考慮有效功率的損失就最小化，那么與具有更高有效功率百分比的一個(gè)測(cè)試時(shí)長(zhǎng)相同的一個(gè)測(cè)試可能會(huì)捕獲更少的信息，這可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)模型更不準(zhǔn)確。因此，當(dāng)通過(guò)最小化峰值因數(shù)來(lái)選擇一個(gè)母BMF信號(hào)時(shí)，可能要保證至少一個(gè)有效功率的最小化百分比(或許是90％)。
在圖4母BMF信號(hào)選擇方法的示例中，該組試驗(yàn)BMF信號(hào)被減少到只有那些信號(hào)的一小部分，這些信號(hào)具有100％的有效功率，此外對(duì)于初始隨機(jī)種子來(lái)說(shuō)還可能被選擇具有一個(gè)最小峰值因數(shù)。通常可能從一組具有100％有效功率的試驗(yàn)BMF信號(hào)中選擇很多信號(hào)，因此圖4中的示例方法中使用了100％有效功率判據(jù)用于步驟414的選擇，但是可能要求選擇一小組具有90％有效功率的信號(hào)然后再進(jìn)一步從該小組中選擇最小峰值因數(shù)。
在小部分試驗(yàn)BMF信號(hào)之外也必須滿足步驟414的判據(jù)，選擇一個(gè)母BMF信號(hào)使其與步驟406中所設(shè)定頻譜最相近匹配。該母BMF信號(hào)的選擇可能是基于步驟414中所選擇的小部分信號(hào)中的試驗(yàn)BMF信號(hào)對(duì)每個(gè)諧波的貢獻(xiàn)與來(lái)自步驟406所設(shè)定頻譜的貢獻(xiàn)之間的絕對(duì)差分或平方差分的一個(gè)加權(quán)平均。
在步驟418中，所選母BMF信號(hào)可能被分配做測(cè)試系統(tǒng)第一個(gè)輸入通道的擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)。該初始分配可能要改變以提高測(cè)試的設(shè)備友好性，詳細(xì)描述可參考圖7和圖9。
如圖4示例方法中步驟420所示，所選母BMF信號(hào)也被用來(lái)為其他輸入通道發(fā)生附加的隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)。在步驟422中該示例方法中的第一個(gè)附加擾動(dòng)信號(hào)可通過(guò)延遲母BMF信號(hào)一個(gè)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Teff來(lái)發(fā)生。在步驟424中，附加擾動(dòng)信號(hào)然后被分配為測(cè)試系統(tǒng)的下一個(gè)輸入通道的擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)。正如將母BMF信號(hào)分配給第一個(gè)輸入通道一樣，該初始通道分配也可能發(fā)生改變以提高測(cè)試的設(shè)備友好性，詳細(xì)描述如圖7和圖9所示。步驟420和422隨需要而重復(fù)直到對(duì)所有輸入通道都發(fā)生了隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)。在該例子中，每個(gè)新的示例擾動(dòng)信號(hào)從前一個(gè)已經(jīng)發(fā)生的信號(hào)開(kāi)始延遲一個(gè)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Teff。
如圖3描述，一個(gè)發(fā)生延遲BMF信號(hào)的示例方法是要使用一個(gè)帶有延遲緩沖器的多路復(fù)用器。該母BMF信號(hào)被復(fù)制了很多次，然后僅僅只有一個(gè)原始信號(hào)被裝載到延遲緩沖器中。每個(gè)延遲緩沖器較佳地延遲該信號(hào)一個(gè)預(yù)先確定的時(shí)間，如在第一個(gè)緩沖器中延遲一個(gè)Teff，在第二個(gè)緩沖器中延遲兩個(gè)Teff等等?；蛘咂渌椒?，如運(yùn)行于一臺(tái)通用電腦上的軟件程序或者一個(gè)迭代延遲方法，在該方法中最近發(fā)生的擾動(dòng)信號(hào)被拷貝并被延遲一定數(shù)量來(lái)發(fā)生下一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)，都可用來(lái)發(fā)生延遲BMF信號(hào)。
如圖2B到圖2D所示，一個(gè)BMF信號(hào)與其自身的一個(gè)從零上升到延遲時(shí)間的延遲副本之間的CCF部分是無(wú)偏的并且接近于零。因此，例如兩個(gè)示例信號(hào)，母BMF信號(hào)與其第一個(gè)延遲副本對(duì)于在這些信號(hào)之間的延遲時(shí)間內(nèi)發(fā)生的響應(yīng)來(lái)說(shuō)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)。該延遲較佳地比系統(tǒng)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Teff更長(zhǎng)。也要求BMF信號(hào)的周期至少比任何兩個(gè)信號(hào)之間最長(zhǎng)的延遲要長(zhǎng)一個(gè)Teff。
比Teff更短的時(shí)間延遲也是可能的，但這些更短的信號(hào)之間延遲可能只有在如下情況才需要當(dāng)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間基于少量輸出的時(shí)間常量，且該輸出可能對(duì)設(shè)備的基于模型控制不太重要。相反在這樣一種情況下減少Teff可能會(huì)是較佳的。比Teff更長(zhǎng)的延遲可用于進(jìn)一步降低擾動(dòng)信號(hào)的任何隨機(jī)相關(guān)性，但是這會(huì)增加總的測(cè)試時(shí)間。最小測(cè)試時(shí)間如方程1所示，其中假定每個(gè)BMF擾動(dòng)信號(hào)被前一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)延遲Teff。如果信號(hào)間延遲Tdelay比Teff更大，那么最小測(cè)試時(shí)間將是(2n+1)Tdelay和(m+1)Tdelay兩者之間值更大的一個(gè)。如果在分配了那些信號(hào)的輸入通道之間可以對(duì)更大或更小的相互作用進(jìn)行預(yù)測(cè)的話，也可能要求變化時(shí)間延遲以在特定擾動(dòng)信號(hào)對(duì)之間產(chǎn)生更長(zhǎng)或更短的延遲。
在步驟426中，一旦已經(jīng)發(fā)生了該組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)并且已經(jīng)被分配到該系統(tǒng)的輸入通道，那么就可以對(duì)所研究系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備快速測(cè)試了。
圖5中流程圖的詳細(xì)描述圖5描述了一種發(fā)生設(shè)備友好的BMF輸入擾動(dòng)信號(hào)的示例方法，該信號(hào)用于設(shè)備快速測(cè)試中建立該設(shè)備的一個(gè)基于模型控制的設(shè)備模型。步驟500中提供了幾個(gè)用來(lái)發(fā)生信號(hào)的參數(shù)。如圖4中示例方法一樣，這些參數(shù)是基于被測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定的。在步驟500中的提供參數(shù)較佳地包括在步驟502中確定系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間。在步驟504中為擾動(dòng)信號(hào)選擇一個(gè)控制相關(guān)頻率窗函數(shù)以及在步驟506中選擇一個(gè)穿越所選頻率窗函數(shù)諧波的擾動(dòng)信號(hào)頻譜。這三個(gè)參數(shù)的確定是基于與圖4示例方法中步驟400所揭示相類似的程序和考慮因素的。
此外，在步驟508中選擇了用于確定一個(gè)示例設(shè)備測(cè)試的設(shè)備友好性的判據(jù)。該設(shè)備友好性判據(jù)要求被選擇用來(lái)在示例設(shè)備測(cè)試期間為設(shè)備操作提供一個(gè)安全裕度。而且，該設(shè)備友好性判據(jù)被選擇用來(lái)在示例設(shè)備測(cè)試期間保持合理正常的生產(chǎn)水平。這些判據(jù)可能包括單個(gè)輸出通道電平的上限和下限，該信號(hào)電平可能包含系統(tǒng)的溫度、壓力、流率、電流、電壓等，還有輸出通道信號(hào)電平特別功能的上限和下限，如分裂蒸餾塔中的平均溫度、流向圖中的壓力差等。
在步驟500中這些參數(shù)一旦已經(jīng)提供了，步驟510就發(fā)生了一組試驗(yàn)BMF信號(hào)，接著在步驟512中計(jì)算這些試驗(yàn)BMF信號(hào)的頻譜。該組試驗(yàn)BMF信號(hào)及其頻譜可由前述圖4中示例方法中任何一種方法來(lái)發(fā)生。然后將該組試驗(yàn)BMF信號(hào)及其頻譜與步驟506中選擇的穿越步驟504中選定的頻率窗函數(shù)諧波所設(shè)定的擾動(dòng)信號(hào)頻譜相比較以在步驟514中選擇一個(gè)母BMF信號(hào)，然后在步驟516中將該信號(hào)作為第一個(gè)輸入通道擾動(dòng)信號(hào)來(lái)分配。從該組試驗(yàn)BMF信號(hào)中選擇的母BMF信號(hào)可由前述圖4中示例方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在步驟518中，通過(guò)延遲如圖4描述的母BMF信號(hào)使得步驟514中選擇的母BMF信號(hào)也可用于對(duì)系統(tǒng)的第二個(gè)輸入通道發(fā)生第二個(gè)擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)?；蛘?，可通過(guò)步驟514中使用的方法對(duì)來(lái)自剩余試驗(yàn)BMF信號(hào)組中的其它信號(hào)進(jìn)行選擇得到母BMF信號(hào)。可以生成最新選擇的信號(hào)與母BMF信號(hào)之間的CCF以確定這兩個(gè)信號(hào)之間的隨機(jī)相關(guān)程度?？蓮脑摻M試驗(yàn)BMF信號(hào)中選擇新信號(hào)直到發(fā)現(xiàn)一對(duì)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)。
生成一對(duì)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)的另外一個(gè)方法在IEEE論文集133(4)(1986)中的一篇論文《使用多變量算法的一個(gè)延長(zhǎng)器的辨識(shí)和控制》由L.W.Bezanson和S.L.Harris所揭示。該算法基于偶次諧波和奇次諧波的正交性，且以引用的方式并入本文中?；谠摲椒ǖ囊粋€(gè)示例方法涉及到發(fā)生兩個(gè)BMF信號(hào)，一個(gè)僅對(duì)偶次諧波有貢獻(xiàn)，另一個(gè)僅對(duì)奇次諧波有貢獻(xiàn)。因此，對(duì)于一個(gè)給定信號(hào)周期P和轉(zhuǎn)換時(shí)間Tsw，最多只能發(fā)生兩個(gè)統(tǒng)計(jì)無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)。
應(yīng)當(dāng)注意到，雖然圖5所示的示例方法包括兩個(gè)輸入通道的使用，但是本發(fā)明中輸入通道數(shù)較佳地確定的理由基于為所測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基于模型控制器的范圍，而且兩個(gè)輸入通道的示例選擇僅僅是為描述方便而已。對(duì)于一個(gè)所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)懂得這種用在一個(gè)設(shè)備快速測(cè)試中建立該設(shè)備的基于模型控制的設(shè)備模型而發(fā)生設(shè)備友好BMF輸入擾動(dòng)信號(hào)的示例方法對(duì)于實(shí)際中大量輸入通道的情況也是適用的。
在步驟519中，第一個(gè)和第二個(gè)擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)被分配給了特定的輸入通道。步驟520中估計(jì)并分配了第一個(gè)和第二個(gè)擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)的初始幅值。這些估計(jì)幅值可能基于該測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)。要求選擇該估計(jì)幅值以提供擾動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)可對(duì)系統(tǒng)輸出進(jìn)行連續(xù)激勵(lì)同時(shí)也保持對(duì)設(shè)備的設(shè)備友好操作。
在步驟522中，要求在系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)化模型中使用第一個(gè)和第二個(gè)擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)及其初始幅值以仿真不同方法在該系統(tǒng)中對(duì)這些擾動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)。該簡(jiǎn)化模型可在一臺(tái)通用電腦上編程實(shí)現(xiàn)。如圖6和圖7所示為設(shè)計(jì)一個(gè)被測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型的示例方法。在步驟522中，期望用于設(shè)計(jì)化學(xué)設(shè)備或其它基于模型控制的復(fù)雜系統(tǒng)的過(guò)程模型也可被用來(lái)建立一個(gè)簡(jiǎn)化模型。
從步驟522所得簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的仿真輸出信號(hào)在步驟524中被存儲(chǔ)并判斷，其判斷依據(jù)是根據(jù)步驟508中選擇的設(shè)備友好性判據(jù)的。該輸出信號(hào)也可能被判斷以確保系統(tǒng)過(guò)程在示例仿真測(cè)試期間被大大激勵(lì)以提供設(shè)備友好性判據(jù)范圍內(nèi)所需高信噪比。在步驟526中，一旦分析了該輸出信號(hào)，就可能要決定是運(yùn)行該示例設(shè)備測(cè)試還是要將用于設(shè)備快速測(cè)試中發(fā)生設(shè)備友好的BMF輸入擾動(dòng)信號(hào)的該示例方法返回到步驟519或520。在步驟519中該擾動(dòng)信號(hào)的分配可能要發(fā)生變化，并且或者在步驟520中基于仿真過(guò)程響應(yīng)以及先前使用系統(tǒng)的知識(shí)計(jì)算新的第一和第二輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值估計(jì)以更好地滿足設(shè)備友好性判據(jù)。然后該測(cè)試仿真可再次運(yùn)行。在簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型中可能也要計(jì)算和測(cè)試新的輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值以發(fā)生系統(tǒng)輸出的更大激勵(lì)，同時(shí)保持設(shè)備友好。
對(duì)設(shè)備簡(jiǎn)化模型的使用可確保輸入擾動(dòng)信號(hào)的設(shè)備友好性，并因此提高本發(fā)明中示例設(shè)備測(cè)試的安全性。通過(guò)使用這種示例方法，建立一個(gè)能提供更大過(guò)程激勵(lì)的設(shè)備測(cè)試也是可能的，該方法通過(guò)確定更多的輸入擾動(dòng)信號(hào)最優(yōu)化幅值而沒(méi)有過(guò)度風(fēng)險(xiǎn)地實(shí)現(xiàn)。也期望慢慢地增加示例擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)的幅值并仔細(xì)地監(jiān)控在示例預(yù)測(cè)試期間設(shè)備輸出通道的輸出信號(hào)這兩者可能會(huì)產(chǎn)生相似結(jié)果。對(duì)具有一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的示例預(yù)測(cè)試進(jìn)行仿真允許更大的范圍，而在一個(gè)實(shí)際測(cè)試中對(duì)系統(tǒng)有損的設(shè)備不友好結(jié)果不會(huì)對(duì)一個(gè)示例簡(jiǎn)化模型有害。
圖6中流程圖的詳細(xì)描述圖6描述了另外一種發(fā)生設(shè)備友好的BMF輸入擾動(dòng)信號(hào)的示例方法，該信號(hào)使用一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型來(lái)建立該系統(tǒng)的一個(gè)基于模型控制綜合的系統(tǒng)模型。步驟600中提供了幾個(gè)用來(lái)發(fā)生該信號(hào)的參數(shù)。如圖4和圖5中示例方法一樣，這些參數(shù)是基于被測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定的。在步驟600中提供參數(shù)較佳地包括在步驟602中確定系統(tǒng)的一個(gè)有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間?？赡苓€要提供其它參數(shù)如擾動(dòng)信號(hào)的一個(gè)控制相關(guān)頻率窗函數(shù)、擾動(dòng)信號(hào)的一個(gè)頻譜以及設(shè)備友好性判據(jù)。這些參數(shù)的確定是基于與圖4和圖5示例方法中一部分所揭示相類似的程序和考慮的。
此外，在步驟604中可能要選擇輸入擾動(dòng)信號(hào)的一組初始幅值。該組幅值包括與被測(cè)試系統(tǒng)中每個(gè)輸入通道相關(guān)的一個(gè)估計(jì)幅值。這些估計(jì)幅值需要通過(guò)所測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定并基于該先驗(yàn)知識(shí)分配給輸入通道。
在步驟600中這些參數(shù)一旦已經(jīng)提供了，步驟606就發(fā)生一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)。在數(shù)量上與輸入通道數(shù)相等的該組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)可由前述圖4和圖5示例方法中的任何一種來(lái)發(fā)生。然后在步驟608中每個(gè)信號(hào)都分配到一個(gè)輸入通道，接著在步驟610中從該組初始幅值中分配一個(gè)相應(yīng)的初始估計(jì)幅值。
在將擾動(dòng)信號(hào)及其估計(jì)幅值分配給輸入通道之后，在步驟612中，對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)的過(guò)程響應(yīng)建立一個(gè)簡(jiǎn)化模型以測(cè)試該組輸入擾動(dòng)信號(hào)和幅值的合適度。該設(shè)備的簡(jiǎn)化模型要求是基于步驟600所提供的測(cè)試參數(shù)以及組成該系統(tǒng)過(guò)程的先驗(yàn)知識(shí)。
具有較少輸出的建模可能會(huì)很好地簡(jiǎn)化模型，但是輸出太少的建模有可能造成所建立的簡(jiǎn)化模型不能提供一個(gè)合適的仿真來(lái)確保設(shè)備友好性。一個(gè)示例簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型較佳地將焦點(diǎn)集中在只對(duì)確保設(shè)備友好性很重要的那些輸出上(如對(duì)于一個(gè)空氣分離設(shè)備來(lái)說(shuō)的中點(diǎn)純度，GOX純度，側(cè)邊中的氧和氮等)。在步驟614中，從系統(tǒng)的所有過(guò)程輸出中選擇輸出通道。所選輸出通道可能包括這組所有輸出通道的大部分或全部。輸入通道與所選輸出通道之間的輸入輸出(I/O)關(guān)系以及與那些輸入和輸出通道相關(guān)的表示方法很好地組成了簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型。所選輸出通道的輸出信號(hào)穩(wěn)態(tài)值的估計(jì)是基于該系統(tǒng)操作的先驗(yàn)知識(shí)。在步驟616中，這些值作為初始值被分配給簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的所選輸出通道。輸入通道的穩(wěn)態(tài)輸入信號(hào)電平也可被確定。在步驟618中所選I/O關(guān)系的穩(wěn)態(tài)增益可通過(guò)一個(gè)分級(jí)模式穩(wěn)態(tài)仿真、一個(gè)動(dòng)態(tài)仿真或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)。在多數(shù)情況下，對(duì)于簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的設(shè)備友好性分析，僅使用穩(wěn)態(tài)增益和相對(duì)數(shù)量級(jí)就足夠了。如果被提議的輸入擾動(dòng)信號(hào)能夠提供充足的系統(tǒng)輸出激勵(lì)同時(shí)保持設(shè)備友好性操作，那么就需要確定本方法中的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型。應(yīng)當(dāng)注意到，隸屬于本示例方法的復(fù)雜系統(tǒng)的輸出行為通常也可能具有很強(qiáng)的非線性。因此，要求步驟618中所確定的估計(jì)穩(wěn)態(tài)增益只能提供該標(biāo)記的一個(gè)概述以及系統(tǒng)輸出實(shí)際穩(wěn)態(tài)增益的數(shù)量級(jí)，但是這仍然可以為確定設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)幅值提供足夠有意義的信息。
由這些估計(jì)穩(wěn)態(tài)增益可形成一個(gè)所測(cè)試系統(tǒng)的粗略的但有意義的穩(wěn)態(tài)增益矩陣。對(duì)于簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型來(lái)說(shuō)，要求對(duì)該系統(tǒng)中的過(guò)程動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行估計(jì)。很多化學(xué)過(guò)程或其它復(fù)雜過(guò)程在局部上(也就是近似于穩(wěn)態(tài))的表現(xiàn)行為象是一個(gè)二階或更高階的線性過(guò)程。在步驟620中，假定一個(gè)設(shè)定階次的線性動(dòng)態(tài)性，該穩(wěn)態(tài)增益矩陣可用來(lái)建立一個(gè)接近穩(wěn)態(tài)值的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)簡(jiǎn)化模型。方程3描述了一個(gè)用于估計(jì)基于穩(wěn)態(tài)增益矩陣K的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為G(t)的示例一階方法G(t)＝K(1-e-(t/τdom))方程3矩陣G(t)可被用作一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，并確定一個(gè)示例設(shè)備測(cè)試中的輸入擾動(dòng)信號(hào)設(shè)備友好的幅值。帶有時(shí)間延遲的更高階的模型、反向響應(yīng)或超調(diào)量可提供系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性更實(shí)際的估計(jì)。
在建立該設(shè)備的簡(jiǎn)化模型G(t)之后，在步驟622中一個(gè)解決該模型最優(yōu)化問(wèn)題的示例方法可用于確定滿足設(shè)備友好性判據(jù)的最大擾動(dòng)信號(hào)幅值。該輸入擾動(dòng)信號(hào)可在每個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間Tsw和一個(gè)包含N個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間的BMF擾動(dòng)信號(hào)周期內(nèi)發(fā)生變化。因此，可能需要解決該模型G(t)在t＝NTsw的最優(yōu)化問(wèn)題。
具有m個(gè)輸入通道的向量幅值λi＞0，i＝1，2，3，…，m，組成了該最優(yōu)化問(wèn)題的一組決定變量。該最優(yōu)化問(wèn)題在k＝1，2，…，N時(shí)的解可由方程4得到目標(biāo)函數(shù)max(Πi=1mλik)λik;i=1,2,3...,m]]>輸入約束Δumin≤Δkuk≤Δumax輸出約束Δymink≤G(Tsw)Δkuk≡Δyk≤Δymaxk]]>方程4這里Δk是一個(gè)m×m的對(duì)角矩陣，其元素為輸入信號(hào)幅值λik，Uk是m個(gè)輸入移動(dòng)到第k個(gè)延遲的列向量(Uk向量被標(biāo)準(zhǔn)化使得其只包含等于正負(fù)1的元素)。Umin和Umax是對(duì)應(yīng)的最小允許輸入值和最大允許輸入值。ΔUmin(定義為Uss-Umin)和ΔUmax(定義為Umax-Uss)是對(duì)應(yīng)的與穩(wěn)態(tài)輸入值Uss有關(guān)的最小和最大輸入偏差約束。Ymin和Ymin為對(duì)應(yīng)的最小輸出約束和最大輸出約束，這些約束要求在所有時(shí)間內(nèi)都滿足(也就是對(duì)于單個(gè)輸出通道的設(shè)備友好性判據(jù))。ΔYmin(定義為Ykss-Ymin)和ΔYmax(定義為Ymax-Ykss)是對(duì)應(yīng)的與當(dāng)前輸出值Ykss有關(guān)的最小和最大輸出偏差約束。
實(shí)際上，Uss和Ylss是對(duì)應(yīng)仿真開(kāi)始處的輸入通道和輸出通道的向量。因?yàn)閿_動(dòng)信號(hào)的輸入偏差較佳地約等于初始輸入通道穩(wěn)態(tài)值Uss，所以不需要對(duì)該值進(jìn)行更新。然而在設(shè)備測(cè)試期間輸出通道的值對(duì)于輸入擾動(dòng)的響應(yīng)在整個(gè)示例仿真中發(fā)生了變化。因此該輸出約束ΔYmin和ΔYmax較佳地在測(cè)量時(shí)不依賴更新值Ykss。
該最優(yōu)化方法的一個(gè)替代實(shí)施例基于方程5。因?yàn)榉匠?中的目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生了一個(gè)非線性、非凸且被設(shè)計(jì)為最大化的最優(yōu)化難題，該最優(yōu)化方法使用普通的適用商業(yè)優(yōu)化軟件不太容易解決。因此，需要將該最優(yōu)化問(wèn)題重新組織成方程5的凸最小化問(wèn)題目標(biāo)函數(shù)min[-Σi=1mln(λik)=Σi=1mln(1λik)]λik;i=1,2,3...,m]]>輸入約束Δumin≤Λkuk≤ΔumaxΛ輸出約束Δymink≤G(Tsw)Λkuk≡Δyk≤Δymaxk]]>方程5這種凸形式的目標(biāo)函數(shù)由S.Boyd、L.E.Ghaoui、E.Feron和V.Balakrishnan在1994年第15期“應(yīng)用數(shù)學(xué)研究”雜志上發(fā)表的一篇文章《系統(tǒng)和控制理論中的線性矩陣不等式》所揭示。用線性不等式(LMI)來(lái)計(jì)算一個(gè)問(wèn)題保證了問(wèn)題的唯一解。方程5的示例最優(yōu)化問(wèn)題不能以LMI方式來(lái)處理，除非其線性輸入和輸出約束是對(duì)稱的。因此。盡管使用方程5的示例最優(yōu)化問(wèn)題要求是凸問(wèn)題，但是它不能用一個(gè)LMI來(lái)表示，但使用一個(gè)凸解算器或如MATLAB的數(shù)學(xué)軟件包中可用的通用非線性解算器也可確定一套解決方案?；蛘咴O(shè)計(jì)一特定功能的軟件解算器或電路用于實(shí)現(xiàn)方程4或方程5的最優(yōu)化方法。
在步驟624中，一旦完成了輸入擾動(dòng)信號(hào)幅值的最優(yōu)化，描述該組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的最優(yōu)化幅值可被用來(lái)發(fā)生輸入擾動(dòng)信號(hào)和對(duì)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。
圖7中流程圖的詳細(xì)描述圖7進(jìn)一步描述了一種發(fā)生設(shè)備友好的輸入擾動(dòng)信號(hào)的示例方法，該信號(hào)使用一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型來(lái)建立該系統(tǒng)的一個(gè)基于模型控制的系統(tǒng)模型。應(yīng)當(dāng)注意到，圖7的示例方法是根據(jù)一個(gè)只有兩個(gè)輸入通道的系統(tǒng)來(lái)描述的。之所以選擇兩個(gè)輸入通道只是為了描述方便而已并且所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)知道使用圖7中示例方法對(duì)于具有其它數(shù)量輸入通道數(shù)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)也可以發(fā)生擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)。
步驟700和702提供了幾個(gè)用來(lái)發(fā)生該信號(hào)的參數(shù)。如圖4、圖5和圖6中示例方法一樣，這些參數(shù)是基于被測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定的。這些知識(shí)可能涉及設(shè)備操作或類似設(shè)備操作的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。這些參數(shù)可能是由與圖4、圖5和圖6示例方法中一部分所揭示相類似的程序和考慮來(lái)確定的。
在步驟700中這些參數(shù)一旦已經(jīng)提供了，步驟706就發(fā)生一組兩個(gè)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的擾動(dòng)信號(hào)。這些在數(shù)量上與輸入通道數(shù)相等的隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的擾動(dòng)信號(hào)可能包括BMF信號(hào)、偽隨機(jī)二位式信號(hào)、多級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)或Schroeder-相正弦曲線。用于發(fā)生隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的信號(hào)的示例方法描述如圖3和圖4所示。在步驟708中每個(gè)擾動(dòng)信號(hào)都分配到一個(gè)輸入通道，并且從步驟702所得的一組初始估計(jì)幅值中分配一個(gè)相應(yīng)的初始估計(jì)幅值。
在將擾動(dòng)信號(hào)及其估計(jì)幅值分配給輸入通道之后，在步驟710中，對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)的過(guò)程響應(yīng)建立一個(gè)簡(jiǎn)化模型以測(cè)試該組輸入擾動(dòng)信號(hào)和幅值的合適度。該設(shè)備的簡(jiǎn)化模型要求基于步驟700所提供的測(cè)試參數(shù)以及組成該系統(tǒng)過(guò)程的先驗(yàn)或理論基礎(chǔ)知識(shí)。
使用圖6所描述的示例方法可以建立這個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型。在步驟712中，從系統(tǒng)的所有過(guò)程輸出中選擇輸出通道，該輸出通道的表現(xiàn)行為對(duì)于確保設(shè)備友好性很重要。例如，所選輸出通道的輸出信號(hào)期望穩(wěn)態(tài)值可從設(shè)備操作或仿真研究中來(lái)確定。在步驟714中，這些值作為初始值被分配給簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的所選輸出通道。輸入通道的穩(wěn)態(tài)輸入信號(hào)電平也可能被確定。正如圖6中所描述的一樣，在步驟716中可確定對(duì)應(yīng)每個(gè)輸入輸出通道對(duì)之間的I/O關(guān)系的穩(wěn)態(tài)增益。在步驟718中，假定至少一階的線性動(dòng)態(tài)性，那么所選I/O關(guān)系的估計(jì)穩(wěn)態(tài)增益可用來(lái)建立一個(gè)具有系統(tǒng)局部動(dòng)態(tài)性的簡(jiǎn)化模型。
在步驟720中，使用輸入擾動(dòng)信號(hào)的估計(jì)幅值和初始分配的一個(gè)設(shè)備測(cè)試仿真可能要在步驟710所建立的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型中運(yùn)行。該擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)被添加到步驟714所確定的輸入通道中的估計(jì)穩(wěn)態(tài)輸入信號(hào)電平中并且被應(yīng)用到步驟710所建立的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的輸入通道上。然后計(jì)算并存儲(chǔ)該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型中輸出通道的最終輸出信號(hào)。
在步驟722中，根據(jù)步驟704所提供的設(shè)備友好性判據(jù)對(duì)最終輸出信號(hào)進(jìn)行判斷以確定輸入擾動(dòng)信號(hào)是否能提供充足的系統(tǒng)輸出激勵(lì)同時(shí)保持設(shè)備友好性。圖8描述了一個(gè)所選輸出通道中的兩個(gè)示例輸出信號(hào)設(shè)備友好的輸出信號(hào)800和設(shè)備不友好的輸出信號(hào)802。將這兩個(gè)輸出信號(hào)與所選輸出通道的設(shè)備友好性上限判據(jù)804和設(shè)備友好性下限判據(jù)806相比較。設(shè)備友好輸出信號(hào)800在設(shè)備友好性判據(jù)804和806之間以相對(duì)平滑的方式進(jìn)行波動(dòng)。另一方面，設(shè)備不友好輸出信號(hào)802在大部分時(shí)間內(nèi)保持著接近于設(shè)備友好性下限判據(jù)806。在這兩種情況下，該輸出響應(yīng)可被預(yù)測(cè)為大體上在設(shè)定范圍內(nèi)(99.5-99.9％)。設(shè)備友好輸出信號(hào)800被認(rèn)為是一個(gè)設(shè)備友好性更佳的響應(yīng)，這是因?yàn)樵撦敵霰３衷谶h(yuǎn)離設(shè)備友好性下限判據(jù)806，上述情況是基于一個(gè)產(chǎn)品純度規(guī)格的例子的。我們要求在一個(gè)示例設(shè)備測(cè)試時(shí)不應(yīng)當(dāng)違反該產(chǎn)品純度規(guī)格。
在決定性步驟724中如果該輸出信號(hào)被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么步驟726中的示例方法分支就返回去改變擾動(dòng)信號(hào)分配，并且或者在步驟728中改變擾動(dòng)信號(hào)幅值。否則在步驟730中就接受該擾動(dòng)信號(hào)分配及其幅值并在系統(tǒng)中運(yùn)行該示例測(cè)試。
在圖7描述的示例方法中，雖然只有兩個(gè)輸入通道，只有一種輸入通道擾動(dòng)信號(hào)分配的變化可能，但是在具有不止兩個(gè)輸入通道的示例測(cè)試中大量的分配可能性都是存在的。通過(guò)了解與輸入相對(duì)應(yīng)的所選輸出的近似穩(wěn)態(tài)增益，有可能篩選出先前確定的最有可能支持設(shè)備友好性的分配可能性。該方法使得針對(duì)設(shè)備友好性而估計(jì)的分配可能性變得更小了。
在步驟720中，一旦確定了新的擾動(dòng)信號(hào)分配以及/或者幅值，該程序就返回執(zhí)行該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的仿真。最終的輸出信號(hào)再次在步驟722和724中被判斷。如果該試驗(yàn)測(cè)試仍然超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么在步驟726以及/或者725中各自確定另一組修正擾動(dòng)信號(hào)分配和幅值直到找到一組設(shè)備友好的測(cè)試信號(hào)或者達(dá)到了一組迭代信號(hào)?？赡苄枰脕?lái)自該簡(jiǎn)化模型前述仿真的數(shù)據(jù)來(lái)確定修正擾動(dòng)信號(hào)的分配和幅值。
圖9中流程圖的詳細(xì)描述圖9進(jìn)一步描述了一種發(fā)生設(shè)備友好的BMF輸入擾動(dòng)信號(hào)的示例方法，該信號(hào)使用一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型來(lái)建立該系統(tǒng)的一個(gè)基于模型控制的系統(tǒng)模型。該示例方法的開(kāi)頭類似于圖6和圖7的方法。
步驟900、902和904提供了幾個(gè)用來(lái)發(fā)生該信號(hào)的參數(shù)。如圖4。圖5、圖6和圖7中示例方法一樣，這些參數(shù)是基于被測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定的。這些知識(shí)可能涉及設(shè)備操作或類似設(shè)備操作的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。這些參數(shù)可能是由與圖4、圖5、圖6和圖7示例方法中一部分所揭示相類似的程序和考慮來(lái)確定的。
這些參數(shù)一旦已經(jīng)提供了，步驟906就發(fā)生BMF輸入擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)。步驟908中用于發(fā)生隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)的方法、步驟910中用于給輸入通道執(zhí)行BMF擾動(dòng)信號(hào)的一個(gè)初始分配的方法以及步驟912中選擇初始輸入信號(hào)幅值的方法與圖6所示步驟606、608和610所使用的方法相類似。
在步驟914中，要求從系統(tǒng)的所有過(guò)程輸出中選擇輸出通道，而該輸出通道的表現(xiàn)行為對(duì)于確保設(shè)備友好性很重要。該選擇可基于如圖6中示例方法所描述的判據(jù)。接著，所選輸出通道的輸出信號(hào)期望穩(wěn)態(tài)值可從測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)或原理知識(shí)來(lái)確定。在步驟916中，這些值作為初始值被分配給簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的所選輸出通道。在步驟918中，所選BMF信號(hào)被用作被測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型的第一組擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)。
在步驟920中，可使用圖6和圖7所描述的方法建立該示例簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型。輸入通道的穩(wěn)態(tài)輸入信號(hào)電平也可被確定。在步驟922中，可通過(guò)圖6中所描述的選項(xiàng)來(lái)估計(jì)對(duì)應(yīng)每個(gè)輸入輸出通道對(duì)之間的I/O關(guān)系的穩(wěn)態(tài)增益。在步驟924中，假定至少一階的線性動(dòng)態(tài)性，那么所選I/O關(guān)系的估計(jì)穩(wěn)態(tài)增益可用來(lái)建立該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性的一個(gè)簡(jiǎn)化模型。
在步驟926中，具有估計(jì)幅值和初始分配的輸入擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)效應(yīng)的一個(gè)仿真可能要在步驟920所建立的過(guò)程輸出的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型中運(yùn)行。在步驟928中，該擾動(dòng)測(cè)試信號(hào)被添加到輸入通道中的估計(jì)穩(wěn)態(tài)輸入信號(hào)電平中，然后在步驟930中被應(yīng)用到簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的輸入通道。然后計(jì)算并存儲(chǔ)該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型輸出通道的最終輸出信號(hào)。
在步驟932中，根據(jù)步驟904所提供的設(shè)備友好性判據(jù)對(duì)最終輸出信號(hào)進(jìn)行判斷以確定輸入擾動(dòng)信號(hào)是否能提供充足的系統(tǒng)輸出激勵(lì)同時(shí)保持設(shè)備友好性。
在決定性步驟934中如果該輸出信號(hào)被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么在步驟936中該示例方法的分支就返回去改變擾動(dòng)信號(hào)幅值，并且或者在步驟938中改變擾動(dòng)信號(hào)分配。否則在步驟940中就接受該擾動(dòng)信號(hào)分配及其幅值并在系統(tǒng)中運(yùn)行該示例測(cè)試。
在步驟930中，一旦確定了新的擾動(dòng)信號(hào)分配以及/或者幅值，該程序就返回執(zhí)行該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的仿真。最終的輸出信號(hào)再次在步驟932和934中被判斷。如果該試驗(yàn)測(cè)試仍然超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)，那么在步驟936以及/或者938中各自確定另一組修正擾動(dòng)信號(hào)分配和幅值直到找到一組設(shè)備友好的測(cè)試信號(hào)或者達(dá)到了一組迭代信號(hào)?？赡苄枰脕?lái)自該簡(jiǎn)化模型前述仿真的數(shù)據(jù)來(lái)確定修正擾動(dòng)信號(hào)分配和幅值。
圖10中流程圖的詳細(xì)描述圖10描述了一種示例方法，該方法用于設(shè)計(jì)一種設(shè)備快速測(cè)試以建立該設(shè)備的一個(gè)基于模型控制的設(shè)備模型。在步驟1000中有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間Teff的確定是基于系統(tǒng)中不同輸出的時(shí)間常量和所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基于模型控制器的強(qiáng)度的。Teff是系統(tǒng)在擾動(dòng)發(fā)生在一個(gè)控制相關(guān)時(shí)間范圍內(nèi)之后對(duì)一個(gè)擾動(dòng)可能持續(xù)很大程度響應(yīng)的時(shí)長(zhǎng)。因此，確定Teff的焦點(diǎn)就在于顯示最長(zhǎng)時(shí)間常量的系統(tǒng)輸出。圖10中設(shè)計(jì)的示例方法是用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)示例設(shè)備快速測(cè)試的，該測(cè)試使用了一組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)。因?yàn)樵撌纠O(shè)備測(cè)試的目的是要建立一個(gè)基于模型控制設(shè)備的控制相關(guān)模型，所以在步驟1000中確定的有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間參數(shù)實(shí)質(zhì)上可以從依賴于所要求基于模型控制反饋的強(qiáng)度的開(kāi)環(huán)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間中縮短。在很多情況下，Teff可能等于開(kāi)環(huán)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的60％。Teff可能是基于被測(cè)試系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)來(lái)確定的。Teff的確定可能是基于系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)觀察，或者可從該設(shè)備(如果存在)的一個(gè)動(dòng)態(tài)仿真或基于其它具有類似特征設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)而獲得的。由于考慮到系統(tǒng)通常具有的復(fù)雜性，來(lái)自設(shè)備操作的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)通常是較佳的。在為一個(gè)新設(shè)備設(shè)計(jì)一個(gè)基于模型的控制系統(tǒng)情況下，該數(shù)據(jù)可能涉及階躍響應(yīng)，該響應(yīng)來(lái)自基于設(shè)計(jì)參數(shù)的該設(shè)備的一個(gè)動(dòng)態(tài)仿真或類似現(xiàn)存設(shè)備信息。在升級(jí)一個(gè)已經(jīng)處在運(yùn)行中的設(shè)備控制系統(tǒng)的情況下，設(shè)備操作員及工程師的經(jīng)驗(yàn)和來(lái)自先前控制系統(tǒng)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)可能提供大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，由這些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以確定輸入擾動(dòng)信號(hào)參數(shù)。
在步驟1002中，利用步驟1000提供的有效過(guò)渡過(guò)程時(shí)間可發(fā)生許多隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)。要求對(duì)于每個(gè)輸入通道都有一個(gè)BMF信號(hào)。這些隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF信號(hào)可通過(guò)圖4所描述方法中的任何一種來(lái)發(fā)生。
在步驟1004中，一旦已經(jīng)發(fā)生了該組隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的BMF擾動(dòng)信號(hào)，就將該擾動(dòng)信號(hào)分配給系統(tǒng)輸入通道。在步驟1006中，將物理上有意義的幅值分配給每個(gè)輸入擾動(dòng)信號(hào)是為了創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備友好的測(cè)試。這些幅值及其分配的確定最好是基于被測(cè)系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)或原理知識(shí)。如圖5、圖6和圖7中所描述的任何方法也可用來(lái)確定輸入擾動(dòng)信號(hào)的分配和幅值。
接著在步驟1008中，利用步驟1002、1004和1006所確定的擾動(dòng)信號(hào)對(duì)所研究系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)設(shè)備快速測(cè)試。該示例設(shè)備快速測(cè)試可通過(guò)圖3所描述的方法進(jìn)行。期望該測(cè)試可持續(xù)BMF擾動(dòng)信號(hào)的幾個(gè)周期以通過(guò)將該信號(hào)幾個(gè)周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均的方式來(lái)增加輸出數(shù)據(jù)的信噪比。這種多于一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)周期的使用方法必定會(huì)延長(zhǎng)該測(cè)試的時(shí)間，但是這個(gè)缺點(diǎn)可通過(guò)提高由更多數(shù)據(jù)所獲得的模型的精度來(lái)彌補(bǔ)，特別是，如果在測(cè)試期間有大量操作模式改變的機(jī)會(huì)時(shí)。當(dāng)有可能要最小化這種影響時(shí)，或者要記錄重要的操作變化時(shí)，那么在建模時(shí)就要考慮這種影響。
在步驟1010中，采集和存儲(chǔ)來(lái)自示例設(shè)備快速測(cè)試的I/O數(shù)據(jù)以用于分析。每個(gè)輸出通道中輸出信號(hào)的第一部分，即從t＝0到t＝Teff之間的信號(hào)要求從數(shù)據(jù)中刪除并在分析中不予考慮。對(duì)于輸入通道同樣如此。在這段時(shí)間內(nèi)有可能該設(shè)備仍然對(duì)預(yù)測(cè)試條件在響應(yīng)，因此該數(shù)據(jù)可能不是系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的準(zhǔn)確反映。
接下來(lái)，在步驟1012中對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以建立測(cè)試系統(tǒng)所關(guān)心的I/O關(guān)系經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀？赡苄枰獔?zhí)行一個(gè)預(yù)處理步驟(無(wú)圖示)以減少由如校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、局外因素(例如，大量未測(cè)量到的反常干擾，一個(gè)臨時(shí)傳感器或數(shù)據(jù)通道錯(cuò)誤等。)、大量的噪聲和所關(guān)注的控制相關(guān)頻率窗函數(shù)之外的高頻或低頻干擾所造成的假象。該預(yù)處理可能涉及到數(shù)據(jù)的可視化檢查以確保數(shù)據(jù)的合理性?？梢允褂密浖ぞ呃鏜ATLAB來(lái)將數(shù)據(jù)視作一個(gè)時(shí)域信號(hào)或不同頻域周期圖，比如信號(hào)付立葉變換的絕對(duì)平方圖。該可視化檢查對(duì)于快速地刪除壞數(shù)據(jù)特別有用?；蛘?，對(duì)于涉及少量樣本的錯(cuò)誤來(lái)說(shuō)，可以不刪除數(shù)據(jù)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值。
一旦刪除了或修正了明顯的數(shù)據(jù)缺陷，就可能要對(duì)非線性影響進(jìn)行修正。例如流率、閥轉(zhuǎn)換，其它判據(jù)或特制變換的使用都是該技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槿怂熘?。此外，也要求修正輸入和輸出信?hào)的偏差。對(duì)已經(jīng)修正過(guò)偏差的數(shù)據(jù)可限定在一個(gè)預(yù)先確定的范圍內(nèi)，從0到+1或從-1到+1為較佳。比例轉(zhuǎn)換可是線性或非線性，這依賴于表示數(shù)據(jù)的變量的物理意義。
重抽樣和插值是對(duì)那些抽樣太快(重抽樣)或太慢(插值)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的其它方法。通?？蛇x擇抽樣率與所設(shè)計(jì)的基于模型的控制器操作率相匹配，因此在多數(shù)情況下這些預(yù)處理步驟可能都不是必須的。
對(duì)數(shù)據(jù)特別是輸出信號(hào)進(jìn)行濾波可能也有要求。根據(jù)應(yīng)用，對(duì)于模型的重點(diǎn)主要集中在特定的頻率帶上。在參數(shù)估計(jì)之前通過(guò)濾波器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波可以增強(qiáng)控制相關(guān)頻率帶并提高感興趣頻率窗函數(shù)的模型適合度。標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)濾波技術(shù)如Butterworth、Chebyshev、橢圓法和一維數(shù)字濾波器都可使用。根據(jù)所設(shè)定的效果，濾波可以是帶通的、低通的或高通的。應(yīng)當(dāng)注意到，如果使用該預(yù)處理方法，較佳地使用同一個(gè)濾波器對(duì)所有的輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行濾波。如果只對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，那么控制器應(yīng)當(dāng)使用相同的濾波輸出和無(wú)濾波輸入變量。
使用任何設(shè)定的數(shù)據(jù)預(yù)處理，在預(yù)處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可為基于模型的控制建立一個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。一個(gè)系統(tǒng)輸出通道的示例線性模型可寫(xiě)成如下方程y(t)＝Gu(t)+He(t) 方程6這里y(t)是測(cè)量到的輸出信號(hào)，G是表示該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的傳遞函數(shù)，u(t)是輸入信號(hào)向量，H是表示該系統(tǒng)噪聲特征的噪聲模型，e(t)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的噪聲源。
圖11描述了一個(gè)圖形矩陣1100，該矩陣可用作由圖10中步驟1012的示例方法所建立的系統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷囊粋€(gè)示例描述并應(yīng)用于系統(tǒng)的基于模型的控制中。每個(gè)圖1100表示的是一個(gè)控制(可操作)變量(輸入通道信號(hào))1102與一個(gè)輸出(可控制)變量(輸出通道信號(hào))1104之間的相互作用。在一個(gè)示例系統(tǒng)中，由于輸出通道之間的相互作用可能還有額外的復(fù)雜性。這種相互作用的輸出通道可能要對(duì)其一起進(jìn)行分析以提高模型對(duì)這些相互作用的輸出通道響應(yīng)的特性預(yù)測(cè)能力。
在步驟1014中，基于該系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)或原理知識(shí)可將輸出通道分成一組強(qiáng)相互作用的輸出通道和一組弱相互作用的輸出通道。這種分組可通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的物理性質(zhì)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如，在一個(gè)空氣分離單元中產(chǎn)生氧氣、氮?dú)夂蜌鍤?，?cè)反應(yīng)塔蒸氣中的氧氣成分直接影響到氬氣產(chǎn)品中的氧氣成分)。具有強(qiáng)相互作用的那組輸出通道包含展示輸出通道之間相互依賴程度很大的系統(tǒng)輸出信號(hào)。
在步驟1016中，較佳地使用一個(gè)參數(shù)化辨識(shí)動(dòng)態(tài)模型如多輸入/多輸出(MIMO)子空間辨識(shí)方法和ARX模型對(duì)來(lái)自步驟1014中確定的強(qiáng)相互作用輸出通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?；蛘?，可使用一種非參數(shù)化(例如，一個(gè)脈沖響應(yīng)、一個(gè)階躍響應(yīng)或一個(gè)頻率響應(yīng))動(dòng)態(tài)模型。對(duì)于來(lái)自弱相互作用輸出通道的數(shù)據(jù)，可分別使用更簡(jiǎn)單的多輸入/單輸出(MISO)參數(shù)化模型如ARX、ARMAX、輸出誤差(OE)、Box-Jenkins(BJ)、儀器變量(IV4)、預(yù)測(cè)誤差方法(PEM)等模型對(duì)其進(jìn)行分析。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然在步驟1018中可分別對(duì)輸出通道進(jìn)行分析或者在步驟1016中以小組的方式進(jìn)行分析，但是要求在對(duì)每個(gè)(或組)輸出通道進(jìn)行分析的同時(shí)，要考慮所有輸入通道。
有關(guān)系統(tǒng)辨識(shí)的理論及其參數(shù)估計(jì)技術(shù)在很多文獻(xiàn)中都有討論，包括《系統(tǒng)辨識(shí)用戶原理》，L.Ljung，Prentice-Hall信息和系統(tǒng)科學(xué)叢書(shū)(1987)；《系統(tǒng)辨識(shí)》T.Soderstrom和P.Stoica，Prentice-Hall系統(tǒng)和控制工程國(guó)際叢書(shū)(1989)以及《無(wú)約束最優(yōu)化和非線性方程的數(shù)字化方法》J.E.J.Dennis和R.B.Schnabel，Prentice-Hall(1983)。
最終模型可使用與步驟1008中系統(tǒng)測(cè)試所使用的輸入擾動(dòng)信號(hào)相同的信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)試，并將仿真輸出信號(hào)與實(shí)際測(cè)試輸出信號(hào)進(jìn)行比較。用于估計(jì)該模型質(zhì)量的示例測(cè)量是預(yù)測(cè)誤差方法。在該示例方法中，用來(lái)判斷模型質(zhì)量的數(shù)是預(yù)測(cè)誤差擬合PEj
PEj=||yi-yj,sim||2Nd,j=1,2,...,p]]>方程7這里‖·‖是二階范數(shù)，Na是分析中的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，yj是第j個(gè)輸出信號(hào)，yj，sim是該模型的第j個(gè)仿真輸出信號(hào)。
模型質(zhì)量的另一個(gè)示例測(cè)量可生成模型的階躍響應(yīng)曲線，并將曲線與系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行比較。比如，增益方向性對(duì)于多數(shù)系統(tǒng)是熟知的并可用來(lái)快速地篩選不同模型。
模型質(zhì)量的示例測(cè)量還有是基于殘差分析的。與數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的殘差和示例模型要求是具有白化的并且獨(dú)立于輸入信號(hào)。分別計(jì)算輸入信號(hào)的噪聲項(xiàng)e(t)的ACF以及e(t)和u(t)的CCF以確定殘差的白化特性和與輸入的隨機(jī)無(wú)關(guān)性。
可要求使用多于一個(gè)的模型來(lái)對(duì)輸出通道進(jìn)行分析，例如針對(duì)一個(gè)實(shí)際上沒(méi)有相互作用的輸出通道的MISO狀態(tài)空間模型和ARX模型。然后可將這兩個(gè)模型的結(jié)果進(jìn)行比較以確定模型的精度。在一些系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)或測(cè)試的特征不同，某個(gè)模型可能效果更好，比如ARX模型可能對(duì)于有色噪聲數(shù)據(jù)的效果就不太好。模型的階次可以變化以提高模型的精度。在確定一個(gè)給定的模型不能提供所需的擬合后，可以提高模型的階次并試著再次建模?；蛘撸跍y(cè)試期間，由于缺乏分析中表示未測(cè)量效應(yīng)的一個(gè)附加獨(dú)立變量，有可能會(huì)造成困難。非線性也可能導(dǎo)致模型的不精確。如果線性辨識(shí)方法不能產(chǎn)生可接受的結(jié)論并且確定是由非線性所造成的，那么使用線性變換的數(shù)據(jù)預(yù)處理可以提高模型的精確度。
其它可能性就是數(shù)據(jù)量有可能不夠。數(shù)據(jù)可能已經(jīng)損壞了或者未測(cè)量到的干擾數(shù)據(jù)量太大了。比如也有可能是由于測(cè)試過(guò)程中操作模式發(fā)生了變化使得輸入信號(hào)沒(méi)有達(dá)到充分地隨機(jī)無(wú)關(guān)。
可要求快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的第一個(gè)建模，然后對(duì)該粗略模型結(jié)果進(jìn)行迭代直到生成一個(gè)所需的精確模型。估計(jì)該模型參數(shù)的一個(gè)示例方法是基于預(yù)測(cè)誤差方法的。在該示例方法中，選擇模型參數(shù)以使該模型的仿真輸出信號(hào)與所分析輸出通道的測(cè)量信號(hào)之間的差異最小化。
通過(guò)與測(cè)試數(shù)據(jù)比較，一旦已經(jīng)確定了一個(gè)所需精確模型，可能還需要進(jìn)行一個(gè)交叉確認(rèn)測(cè)試。該交叉確認(rèn)測(cè)試涉及到通過(guò)使用第二組輸入數(shù)據(jù)的仿真來(lái)測(cè)試該模型的質(zhì)量，而這些數(shù)據(jù)并不用于建模。雖然如上所述本發(fā)明中的實(shí)施例是在為設(shè)計(jì)基于模型控制的系統(tǒng)模型而進(jìn)行的系統(tǒng)測(cè)試范圍內(nèi)，但是希望類似概念亦可應(yīng)用到為其它目的的系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)中去。而且，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解許多其它更改不應(yīng)該偏離依據(jù)本發(fā)明中附錄權(quán)利要求所描述的范圍。
權(quán)利要求
1.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量的系統(tǒng)輸入變量的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)提供系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)；(b)基于該輸入?yún)?shù)發(fā)生大量二位式多頻(BMF)信號(hào)；(c)計(jì)算步驟(b)中所發(fā)生的BMF信號(hào)頻譜；(d)選擇步驟(b)中該組BMF信號(hào)中的一個(gè)，所選BMF信號(hào)頻譜與由輸入?yún)?shù)指定的頻譜最匹配；(e)將步驟(d)所選的BMF信號(hào)用作系統(tǒng)測(cè)試的第一擾動(dòng)信號(hào)；以及(f)將步驟(d)所選的BMF信號(hào)移位樣本的一定數(shù)量延遲時(shí)間以發(fā)生步驟(e)所選的BMF信號(hào)的一個(gè)延遲副本用作系統(tǒng)測(cè)試的第二擾動(dòng)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述方法還包括如下步驟(g)增加樣本的延遲時(shí)間；(h)重復(fù)步驟(f)和(g)以發(fā)生所選BMF信號(hào)的一組延遲副本，其包括的所選BMF信號(hào)的延遲副本數(shù)比系統(tǒng)輸入變量的預(yù)先確定數(shù)要少。
3.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量的系統(tǒng)輸入變量的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)提供系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)；(b)選擇一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)頻譜；(c)通過(guò)基于步驟(a)和步驟(b)中信息的最優(yōu)化發(fā)生大量二位式多頻(BMF)信號(hào)；(d)計(jì)算步驟(c)中所發(fā)生的BMF信號(hào)頻譜(e)基于步驟(d)所計(jì)算的信號(hào)頻譜與步驟(b)中的擾動(dòng)信號(hào)頻譜之間的匹配，選擇步驟(c)中的一組BMF信號(hào)，所選步驟(c)中該組BMF信號(hào)中的每一個(gè)BMF信號(hào)包含幾乎100％的有效功率；(f)選擇步驟(e)中該組BMF信號(hào)中的一個(gè)，所選BMF信號(hào)頻譜與步驟(b)中選擇的擾動(dòng)信號(hào)頻譜最匹配；(g)將步驟(f)所選的BMF信號(hào)用作第一擾動(dòng)信號(hào)；(h)將步驟(f)所選的BMF信號(hào)移位樣本的一定數(shù)量延遲時(shí)間，以使原始信號(hào)與其延遲副本在一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間內(nèi)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)；以及(i)將步驟(h)所選的BMF信號(hào)用作第二擾動(dòng)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述方法還包括如下步驟(j)增加樣本的延遲時(shí)間；(k)重復(fù)步驟(h)，(i)和(j)以發(fā)生所選BMF信號(hào)的一組延遲副本，其包括的所選BMF信號(hào)的延遲副本數(shù)比系統(tǒng)輸入變量的預(yù)先確定數(shù)要少。
5.根據(jù)權(quán)利要求3中所述方法，其中步驟(b)包括如下步驟(b1)選擇一個(gè)控制相關(guān)頻率窗函數(shù)，以及(b2)選擇一個(gè)擾動(dòng)信號(hào)在控制相關(guān)頻率窗函數(shù)中的功率分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求3中所述方法，其中在步驟(e)選擇的一組BMF信號(hào)中每個(gè)信號(hào)的峰值因數(shù)比預(yù)先確定的峰值因數(shù)要小。
7.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量的系統(tǒng)輸入變量的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)確定系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；(b)發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道；(c)將步驟(b)的每個(gè)BMF信號(hào)初步地分配給一個(gè)系統(tǒng)輸入通道；(d)選擇對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的設(shè)備友好性判據(jù)；(e)確定步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值；(f)確定與輸入通道有關(guān)的步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的近似穩(wěn)態(tài)增益；(g)選擇步驟(b)中BMF信號(hào)的一組幅值；(h)確定對(duì)步驟(d)中輸出的系統(tǒng)響應(yīng)的一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型基于；步驟(a)中的系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；步驟(f)中的穩(wěn)態(tài)增益；以及至少一個(gè)預(yù)先確定的階次的線性動(dòng)態(tài)性；(i)使用步驟(h)的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型以及步驟(e)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值，通過(guò)系統(tǒng)輸出中的BMF信號(hào)來(lái)仿真輸入通道激勵(lì)的效應(yīng)(j)基于步驟(d)中的設(shè)備友好性判據(jù)來(lái)判斷步驟(i)的仿真響應(yīng)；(k)如果步驟(i)的系統(tǒng)響應(yīng)在步驟(j)中被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(j)的判斷，改變輸入通道的BMF信號(hào)分配；以及重復(fù)步驟(i)，(j)和(k)。
8.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量的系統(tǒng)輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)確定一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；(b)發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道；(c)將步驟(b)中的每個(gè)BMF信號(hào)分配給一個(gè)系統(tǒng)輸入通道；(d)選擇對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的設(shè)備友好性判據(jù)；(e)確定步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值；(f)確定與輸入通道有關(guān)的步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的近似穩(wěn)態(tài)增益；(g)選擇步驟(b)中BMF信號(hào)的一組幅值；(h)確定對(duì)步驟(d)中輸出的系統(tǒng)響應(yīng)的一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型基于；步驟(a)中的系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；步驟(f)中的穩(wěn)態(tài)增益；以及至少一個(gè)預(yù)先確定的階次的線性動(dòng)態(tài)性；(i)使用步驟(h)的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型以及步驟(e)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值，通過(guò)系統(tǒng)輸出中的BMF信號(hào)來(lái)仿真輸入通道激勵(lì)的效應(yīng)；(j)基于步驟(d)中的設(shè)備友好性判據(jù)來(lái)判斷步驟(i)的仿真響應(yīng)；(k)如果步驟(i)的系統(tǒng)響應(yīng)在步驟(j)中被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(j)的判斷，改變至少一個(gè)BMF信號(hào)的幅值；以及重復(fù)步驟(i)，(j)和(k)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述方法，其中步驟(k)還包括對(duì)步驟(c)中的系統(tǒng)輸入通道的BMF信號(hào)中至少兩個(gè)BMF信號(hào)的分配進(jìn)行改變。
10.一種適合于激勵(lì)最早預(yù)先確定數(shù)量的系統(tǒng)輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)確定一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；(b)發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)最早預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道；(c)將步驟(b)中的每個(gè)BMF信號(hào)作為候選分配給一個(gè)系統(tǒng)輸入通道；(d)選擇對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的設(shè)備友好性判據(jù)；(e)確定步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值；(f)確定與輸入通道有關(guān)的步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的近似穩(wěn)態(tài)增益；(g)選擇步驟(b)中BMF信號(hào)的一組初始幅值；(h)確定對(duì)步驟(d)中輸出的系統(tǒng)響應(yīng)的一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型基于；步驟(a)中的系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；步驟(f)中的穩(wěn)態(tài)增益；以及至少一個(gè)預(yù)先確定的階次的線性動(dòng)態(tài)性；(i)使用步驟(c)中輸入通道擾動(dòng)信號(hào)的候選分配，步驟(g)中的那組初始幅值，步驟(h)中的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，步驟(e)中的期望初始輸出值以及步驟(d)中的設(shè)備友好性判據(jù)來(lái)解決一系列最優(yōu)化問(wèn)題以確定BMF信號(hào)的一組幅值計(jì)算值。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述方法，其中步驟(i)中一系列最優(yōu)化問(wèn)題的解決基于在步驟(d)中的設(shè)備友好性判據(jù)范圍內(nèi)將輸出響應(yīng)激勵(lì)最大化。
12.根據(jù)權(quán)利要求10中所述方法，還包括如下步驟(j)改變輸入通道上擾動(dòng)信號(hào)的候選分配；(k)重復(fù)步驟(i)和(j)以發(fā)生第二組預(yù)先確定數(shù)量的、幅值已計(jì)算的BMF信號(hào)，每個(gè)已計(jì)算的幅值對(duì)應(yīng)于輸入通道上擾動(dòng)信號(hào)的一個(gè)候選分配；(l)選擇輸入通道上擾動(dòng)信號(hào)的一個(gè)最終分配以及相應(yīng)的基于步驟(d)的設(shè)備友好性判據(jù)和步驟(i)的結(jié)果所計(jì)算的BMF信號(hào)幅值計(jì)算值。
13.一種包含預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道和大量輸出通道的系統(tǒng)測(cè)試方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合的大量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，該模型包括如下步驟(a)發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道；(b)將步驟(a)發(fā)生的大量BMF信號(hào)分配給；輸入通道；以及幅值；(c)利用步驟(b)中BMF信號(hào)的分配來(lái)執(zhí)行該系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)試；(d)在測(cè)試期間采集大量輸出通道發(fā)生的大量輸出信號(hào)；(e)判斷步驟(d)中采集的大量輸出信號(hào)之間的相互作用；(f)建立第一組表示在步驟(e)中被判斷為實(shí)際上具有相互作用的輸出信號(hào)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，第一組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⑹褂昧硕噍斎攵噍敵?MIMO)參數(shù)化建模工具并基于步驟(b)中的BMF信號(hào)分配和步驟(d)中采集的輸出信號(hào)；以及(g)建立第二組表示在步驟(e)中被判斷為實(shí)際上沒(méi)有相互作用的輸出信號(hào)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，第二組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⑹褂昧硕噍斎雴屋敵?MISO)參數(shù)化建模工具并基于步驟(b)中的BMF信號(hào)分配和步驟(d)中采集的輸出信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13中所述方法，其中MIMO參數(shù)化建模工具至少包括如下之一；一個(gè)狀態(tài)空間模型；以及一個(gè)ARX模型；以及MISO參數(shù)化建模工具至少包括如下之一；一個(gè)狀態(tài)空間模型；一個(gè)ARX模型；一個(gè)ARMAX模型；一個(gè)輸出誤差模型；以及一個(gè)Box-Jenkins模型。
15.根據(jù)權(quán)利要求13中所述方法，其中選擇了BMF信號(hào)對(duì)輸入通道的分配和步驟(b)中的BMF信號(hào)幅值分配以建立一個(gè)設(shè)備友好的測(cè)試。
16.一種適合于激勵(lì)系統(tǒng)大量輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)提供一個(gè)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，一個(gè)主導(dǎo)時(shí)間常量，第一信號(hào)的估計(jì)幅值，第二信號(hào)的估計(jì)幅值以及系統(tǒng)的設(shè)備友好性判據(jù)；(b)為測(cè)試信號(hào)提供擾動(dòng)信號(hào)估計(jì)頻譜；(c)基于步驟(a)中提供的參數(shù)發(fā)生大量二位式多頻(BMF)信號(hào)；(d)計(jì)算步驟(c)中發(fā)生的BMF信號(hào)的頻譜；(e)基于步驟(d)中計(jì)算的頻譜選擇一組步驟(c)中的BMF信號(hào)，所選BMF信號(hào)組中的每一個(gè)BMF信號(hào)包括幾乎100％的有效功率；(f)選擇步驟(e)中BMF信號(hào)組中的一個(gè)，所選BMF信號(hào)的頻譜與步驟(b)中的擾動(dòng)信號(hào)估計(jì)頻譜大體上相匹配；(g)將步驟(f)中選擇的BMF信號(hào)用作第一測(cè)試信號(hào)；(h)將第一測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第一信號(hào)幅值估計(jì)值；(i)將步驟(f)中選擇的BMF信號(hào)移位一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間以用作具有第二信號(hào)幅值估計(jì)值的第二測(cè)試信號(hào)；(j)將第二測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第二信號(hào)幅值估計(jì)值；(k)利用第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行仿真；(l)基于設(shè)備友好性判據(jù)判斷步驟(k)中的響應(yīng)；(m)在步驟(1)中，如果步驟(k)中的響應(yīng)被判斷超過(guò)了設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(1)的判斷改變第一測(cè)試信號(hào)幅值和第二測(cè)試信號(hào)幅值中的至少一個(gè)；以及重復(fù)步驟(k)、(l)和(m)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16中所述方法，其中步驟(m)還包括將第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)進(jìn)行調(diào)換。
18.一種適合于激勵(lì)系統(tǒng)大量輸入通道的設(shè)備友好的挑動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)提供第一信號(hào)的估計(jì)幅值，第二信號(hào)的估計(jì)幅值以及系統(tǒng)的設(shè)備友好性判據(jù)；(b)提供第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)，且第二測(cè)試信號(hào)與第一測(cè)試信號(hào)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)；(c)將第一測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第一信號(hào)幅值估計(jì)值；(d)將第二測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第二信號(hào)幅值估計(jì)值；(e)使用第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行仿真；(f)基于設(shè)備友好性判據(jù)判斷步驟(e)中的響應(yīng)；(g)在步驟(f)中，如果步驟(e)中的響應(yīng)被判斷超過(guò)了設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(f)的判斷改變第一測(cè)試信號(hào)幅值和第二測(cè)試信號(hào)幅值中的至少一個(gè)；以及重復(fù)步驟(e)、(f)和(g)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18中所述方法，其中步驟(g)還包括將第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)進(jìn)行調(diào)換。
20.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量的系統(tǒng)輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)確定一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；(b)發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道；(c)將步驟(b)中的每個(gè)BMF信號(hào)分配給一個(gè)系統(tǒng)輸入通道；(d)選擇對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的設(shè)備友好性判據(jù)；(e)確定步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值；(f)確定與輸入通道有關(guān)的步驟(d)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的近似穩(wěn)態(tài)增益；(g)選擇步驟(b)中BMF信號(hào)的一組幅值；(h)確定對(duì)步驟(d)中輸出的系統(tǒng)響應(yīng)的一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型基于；步驟(a)中的系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；步驟(f)中的穩(wěn)態(tài)增益；以及至少一個(gè)預(yù)先確定的階次的線性動(dòng)態(tài)性；(i)使用步驟(h)的簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型以及步驟(e)中對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值，通過(guò)系統(tǒng)輸出中的BMF信號(hào)來(lái)仿真輸入通道激勵(lì)的效應(yīng)；(j)基于步驟(d)中的設(shè)備友好性判據(jù)來(lái)判斷步驟(i)的仿真響應(yīng)；(k)如果步驟(i)的系統(tǒng)響應(yīng)在步驟(j)中被判斷為超過(guò)設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(j)的判斷，改變步驟(C)中系統(tǒng)輸入通道中至少兩個(gè)BMF信號(hào)的BMF信號(hào)分配；以及重復(fù)步驟(i)，(j)和(k)。
21.一種適合于激勵(lì)系統(tǒng)大量輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)提供一個(gè)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，一個(gè)主導(dǎo)時(shí)間常量，第一信號(hào)的估計(jì)幅值，第二信號(hào)的估計(jì)幅值以及系統(tǒng)的設(shè)備友好性判據(jù)；(b)為測(cè)試信號(hào)提供擾動(dòng)信號(hào)估計(jì)頻譜；(c)基于步驟(a)中提供的參數(shù)發(fā)生大量二位式多頻(BMF)信號(hào)；(d)計(jì)算步驟(c)中發(fā)生的BMF信號(hào)的頻譜；(e)基于步驟(d)中計(jì)算的頻譜選擇一組步驟(c)中的BMF信號(hào)，所選BMF信號(hào)組中的每一個(gè)BMF信號(hào)包括幾乎100％的有效功率；(f)選擇步驟(e)中BMF信號(hào)組中的一個(gè)，所選BMF信號(hào)的頻譜與步驟(b)中的擾動(dòng)信號(hào)估計(jì)頻譜大體上相匹配；(g)將步驟(f)中選擇的BMF信號(hào)用作第一測(cè)試信號(hào)；(h)將第一測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第一信號(hào)幅值估計(jì)值；(i)將步驟(f)中選擇的BMF信號(hào)移位一個(gè)系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間以用作具有第二信號(hào)幅值估計(jì)值的第二測(cè)試信號(hào)；(j)將第二測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第二信號(hào)幅值估計(jì)值；(k)利用第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行仿真；(l)基于設(shè)備友好性判據(jù)判斷步驟(k)中的響應(yīng)；(m)在步驟(l)中，如果步驟(k)中的響應(yīng)被判斷超過(guò)了設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(l)的判斷將第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)中進(jìn)行調(diào)換；以及重復(fù)步驟(k)、(l)和(m)。
22.一種適合于激勵(lì)系統(tǒng)大量輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生方法，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，該方法包括如下步驟(a)提供第一信號(hào)的估計(jì)幅值，第二信號(hào)的估計(jì)幅值以及系統(tǒng)的設(shè)備友好性判據(jù)；(b)提供第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)，且第二測(cè)試信號(hào)與第一測(cè)試信號(hào)隨機(jī)近似無(wú)關(guān)；(c)將第一測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第一信號(hào)幅值估計(jì)值；(d)將第二測(cè)試信號(hào)幅值設(shè)置為第二信號(hào)幅值估計(jì)值；(e)利用第一測(cè)試信號(hào)和第二測(cè)試信號(hào)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行仿真；(f)基于設(shè)備友好性判據(jù)判斷步驟(e)中的響應(yīng)；(g)在步驟(f)中，如果步驟(e)中的響應(yīng)被判斷超過(guò)了設(shè)備友好性判據(jù)；基于步驟(f)的判斷將第一測(cè)試信號(hào)與第二測(cè)試信號(hào)進(jìn)行調(diào)換；以及重復(fù)步驟(e)、(f)和(g)。
23.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量系統(tǒng)輸入通道的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，其包括提供系統(tǒng)輸入?yún)?shù)的構(gòu)件；基于該輸入?yún)?shù)發(fā)生大量二位式多頻(BMF)信號(hào)的構(gòu)件；計(jì)算所發(fā)生的BMF信號(hào)頻譜的構(gòu)件；將所發(fā)生的BMF信號(hào)頻譜與由輸入?yún)?shù)確定的設(shè)定頻譜進(jìn)行比較的構(gòu)件；選擇該組BMF信號(hào)中的一個(gè)使得所選BMF信號(hào)頻譜與設(shè)定頻譜最匹配的構(gòu)件；將所選BMF信號(hào)移位一定數(shù)量樣本的延遲時(shí)間以發(fā)生所選擇BMF信號(hào)的一個(gè)延遲副本用作系統(tǒng)測(cè)試的第二個(gè)擾動(dòng)信號(hào)的構(gòu)件。
24.一種適合于激勵(lì)預(yù)先確定數(shù)量系統(tǒng)輸入通道的設(shè)備友好的擾動(dòng)信號(hào)發(fā)生裝置，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)，其包括確定系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間的構(gòu)件；發(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道的構(gòu)件；實(shí)現(xiàn)每個(gè)BMF信號(hào)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)輸入通道的候選分配的構(gòu)件；選擇對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的設(shè)備友好性判據(jù)的構(gòu)件；確定對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值的構(gòu)件；確定與輸入通道有關(guān)的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的近似穩(wěn)態(tài)增益的構(gòu)件；選擇BMF信號(hào)的一組初始幅值的構(gòu)件；確定系統(tǒng)輸出響應(yīng)的一個(gè)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型的構(gòu)件，該簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型基于；系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間；穩(wěn)態(tài)增益；以及至少一個(gè)預(yù)先確定的階次的線性動(dòng)態(tài)性；使用簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型以及對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值，通過(guò)系統(tǒng)輸出中的BMF信號(hào)來(lái)仿真輸入通道激勵(lì)的效應(yīng)的構(gòu)件；基于設(shè)備友好性判據(jù)和對(duì)應(yīng)系統(tǒng)大量輸出的期望初始值來(lái)判斷仿真響應(yīng)的構(gòu)件；改變?nèi)缦轮辽僖粋€(gè)的最優(yōu)化構(gòu)件；基于所判斷的仿真響應(yīng)而對(duì)輸入通道BMF信號(hào)的分配；以及基于所判斷的仿真響應(yīng)的至少一個(gè)BMF信號(hào)的幅值。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述裝置，其中最優(yōu)化構(gòu)件包括使用輸入通道擾動(dòng)信號(hào)的候選分配、BMF信號(hào)的一組初始幅值、簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型、期望初始輸出值以及設(shè)備友好性判據(jù)來(lái)解決一系列最優(yōu)化問(wèn)題以確定BMF信號(hào)的一組幅值計(jì)算值的構(gòu)件。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述裝置，其中解決該系列最優(yōu)化問(wèn)題的構(gòu)件在設(shè)備友好性判據(jù)范圍內(nèi)使得輸出響應(yīng)激勵(lì)最大化。
27.一種用于測(cè)試包含預(yù)先確定數(shù)量輸入通道和大量輸出通道的系統(tǒng)的裝置，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合的大量經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停浒òl(fā)生大量隨機(jī)近似無(wú)關(guān)的二位式多頻(BMF)信號(hào)以匹配系統(tǒng)預(yù)先確定數(shù)量的輸入通道的構(gòu)件；分配大量BMF信號(hào)；輸入通道；以及幅值的構(gòu)件；執(zhí)行使用BMF信號(hào)分配的系統(tǒng)測(cè)試的構(gòu)件；在測(cè)試期間采集大量發(fā)生在大量輸出通道上的輸出信號(hào)的構(gòu)件；判斷采集到的大量輸出信號(hào)之間相互作用的構(gòu)件；建立第一組表示被判斷為實(shí)際上具有相互作用的輸出信號(hào)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，第一組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⑹褂昧硕噍斎攵噍敵?MIMO)參數(shù)化建模工具并基于BMF信號(hào)分配和采集到的輸出信號(hào)的構(gòu)件；以及建立第二組表示被判斷為實(shí)際上沒(méi)有相互作用的輸出信號(hào)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，第二組經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⑹褂昧硕噍斎雴屋敵?MISO)參數(shù)化建模工具并基于BMF信號(hào)分配和采集到的輸出信號(hào)的構(gòu)件。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中MIMO參數(shù)化建模工具至少包括如下之一；一個(gè)狀態(tài)空間模型；以及一個(gè)ARX模型；以及MISO參數(shù)化建模工具至少包括如下之一；一個(gè)狀態(tài)空間模型；一個(gè)ARX模型；一個(gè)ARMAX模型；一個(gè)輸出誤差模型；以及一個(gè)Box-Jenkins模型。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述裝置，其中選擇了BMF信號(hào)對(duì)輸入通道的分配以及BMF信號(hào)的幅值分配以實(shí)現(xiàn)一個(gè)設(shè)備友好的測(cè)試。
全文摘要
一種用于設(shè)計(jì)擾動(dòng)信號(hào)對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的大量輸入變量進(jìn)行激勵(lì)的方法和裝置，其目的是為了獲得一個(gè)基于模型控制器綜合模型而測(cè)試該系統(tǒng)。該方法首先必須向系統(tǒng)提供輸入?yún)?shù)。基于這些輸入?yún)?shù)發(fā)生大量的二位式多頻(BMF)信號(hào)并計(jì)算出這些BMF信號(hào)的頻譜。從一組BMF信號(hào)中選擇一個(gè)，并使得所選BMF信號(hào)的頻譜與由輸入?yún)?shù)指定的頻譜最匹配。然后將所選BMF信號(hào)用作測(cè)試該系統(tǒng)的第一擾動(dòng)信號(hào)。還必須通過(guò)預(yù)先確定數(shù)量的樣本對(duì)所選BMF信號(hào)進(jìn)行移位以產(chǎn)生原始BMF信號(hào)的延遲副本并將其作為附加擾動(dòng)信號(hào)。
文檔編號(hào)G05B13/04GK1495584SQ0315513
公開(kāi)日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月22日
發(fā)明者S·L·科撒雷, J·A·曼德勒, S L 科撒雷, 曼德勒 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司