本實用新型專利技術提供了一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器。該參數辨識器通過多項式變換技術重構了不同采樣頻率的輸入輸出信號，使之成為能用于辨識的輸入輸出信號，并用過參數化技術和遞推最小算法對雙率采樣哈馬斯坦非線性模型進行參數辨識。本實用新型專利技術解決了不同采樣頻率下的哈馬斯坦非線性模型的參數不可辨識的問題。本實用新型專利技術可以應用于生物發酵過程建模。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器，涉及生物發酵反應模型的參數辨識，同也可用于生物醫學、通信、勘探、化工過程、航空航天等多種領域和技術中估計系統模型參數辨識。技術背景雙率采樣的系統是一類極其普遍的系統，廣泛存在于各種工業過程中，得到了許多學者的研究，并取得了一定的成果(丁鋒，陳通文，蕭德云。一般雙率隨機系統狀態空間模型及其辨識。自動化學報，2004 30(5) :652-663).生物發酵反應是極其復雜的生化過程，為了進一步優化發酵過程，人們在改進發酵工藝和設備的同時，不斷注重發酵過程的監測和控制，并取得了一定的成果(王斌，王孫安，劉曙.一類生物發酵過程的非線系統建模方法。紡織高校基礎科學學報，2005，18 (I)78-82)。由于對生化反應過程參數(如菌體濃度、代謝產物濃度和菌體比生長速率等)的測量困難，且數據經常不可得，所以現階段一般使用發酵過程的溫度、PH值和溶氧值來表征發酵過程狀態，并通過它們來獲得較好的發酵效果。溫度是影響生化反應過程的一個重要變量，溫度過高將導致生物發酵菌種死亡，影響產品的質量；溫度過低則發酵速度慢，生產周期長，生產效率低，同時溫度對PH值和溶氧值也會產生一定影響。所以，在發酵過程中對溫度的監測顯得相當重要。同時由于發酵過程是一個具有非線性的復雜生化反應，影響發酵溫度的因素很多，如微生物發酵熱、電機攪拌熱、冷卻水本身的溫度變化以及周圍環境溫度的改變等，因此一般的單率采樣線性系統不能刻畫整個系統的特性，此時就需要建立雙采樣率哈馬斯坦模型描述整個生物發酵反應的溫度和反應產物非線性關系，并對雙率采樣哈馬斯坦模型的參數進行辨識。
技術實現思路
本技術的目的是提出了一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器。針對生物發酵反應的溫度和反應產物非線性關系建立雙采樣率哈馬斯坦非線性模型，并對采用雙率采樣哈馬斯坦模型的參數進行辨識。為了實現上述目的，本技術通過多項式變換技術重構了不同頻率的輸入輸出信號，使之成為能用于辨識的輸入輸出信號，并用遞推最小算法對雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型進行參數辨識。本技術的估計模型和原理如下對于輸入溫度米樣信號序列u (k),經過未知參數系統P = b (z)/a (Z)后,其反應產物輸出采樣信號序列I (k)。假設系統噪聲為V (k)，則有哈馬斯坦模型a{z)y{kq) = b(z)u(k) + v(kq)，其中 ^)ΚΑ:) + ￥2(Α) + ··· + ^ Α)是對輸入溫度采樣信號序列u(k)的非線性表達。由于輸入溫度信號序列u (k)和反應產物輸出信號序列y(kq)的米樣頻率不同,系統參數不可辨識，所以需要對哈馬斯坦模型進行雙率提升，得到雙率哈馬斯坦模型y(kq) = y{kq) + β(ζ) (k) + v(kq)，其中α (ζ) = a(z) Φ,, β (ζ) = b (ζ) Φ5, Φ q 為提升因子。對雙率哈馬斯坦模型的參數用遞推最小二乘算法進行辨識，估計系統參數S(kq) = 9{kq-q) + P{kq)φ(kq)，P-1 (kq) = P-1 (kq—q) + ΦT (kq) Φ (kq)。本技術適用于生物發酵過程建模。同時本專利的思想可用于采用雙率采樣哈馬斯坦模型的生物醫學、通信、勘探、化工過程、航空航天等多種領域用于估計其它未知系統模型參數。附圖說明圖I為本專利參數辨識器技術框圖。如圖所示，本專利技術包括4個模塊，其中模塊2，3為該專利技術與常規技術不同之處。圖2在不同噪聲條件下雙率哈馬斯坦模型的參數估計誤差圖，誤差計算公式為5=|p-0||/||列，圖中實線表示在均方差。=0.50的噪聲條件下參數辨識的精度，虛線表示在均方差σ = 2.00的噪聲條件下參數辨識的精度。由圖2可知，本專利技術能得到雙率哈馬斯坦模型的參數估計，而且辨識精度跟噪聲大小有關。具體實施方式下面通過具體的實施對本技術的技術方案做進一步的描述。具體步驟為I :通過采樣器采集溫度信號序列U (k)和反應產物輸出信號序列y (kq)。2 :對于輸入溫度采樣信號序列u(k)，經過未知參數系統P = b(z)/a(z)后，其反應產物輸出采樣信號序列y(kq)。假設系統噪聲為v(kq)，則有哈馬斯坦模型a(z)y(kq) = b(z)u(k) + v(kq)，其中 wW = cxu{k) + c2u2{k)A----- ·<^ζΛ(Α)是對輸入溫度米樣信號序列u(k)非線性表達。3 :由于輸入溫度信號序列u (k)和反應產物輸出信號序列y(kq)的米樣頻率不同，系統參數不可辨識，所以需要對哈馬斯坦模型進行雙率提升，得到雙率哈馬斯坦模型y{kq) = y{kq) + p{z)u{k) + v{kq)，其中α (ζ) = a(z) Φ,, β (ζ) = b (ζ) Φ5, Φ,為提升因子。上式展開為 Cy{kq) = + Α (^-1) + ··· + pnqu {kq - nq) /=1-ccxy{kq-q)-a2y{kq -2q)-----any{kq - nq)，此時參數向量Θ ，信息向量φ{Μ) = , f,···f, cxu{kq), C2U2 (kq), · · ·, c eu"c {kq)]。4:對雙率哈馬斯坦模型的參數用遞推最小二乘算法進行辨識，估計系統參數0(kq),6{kq) = d(kq -q) + P(kq^(kq)，P-1 (kq) = P_1 (kq-q) + ΦT (kq) Φ (kq)。權利要求1.本專利技術涉及一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器，其特征在于，獲取輸入米樣信號u(k)和反應產物輸出米樣信號y (kq),根據輸入輸出信號建立哈馬斯坦模型；構造雙率哈馬斯坦模型；對雙率哈馬斯坦模型的參數用遞推最小二乘算法進行辨識。2.根據權利要求I所述的一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器，所述根據輸入輸出信號建立哈馬斯坦模型，具體為對于輸入米樣信號序列u(k)，經過未知參數系統P = ■^后，其反應產物輸出采樣信號序列y(kq)，q為輸出 a(z)采樣間隔，系統噪聲為v (kq)，則有哈馬斯坦模型a(z)y(kq) = b(z)u(k) + v(kq)，其中u(k) -C1U(IC) + C2U2(灸)+ …+ c” ~(幻是對輸入溫度采樣信號序列U(k)非線性表達。3.根據權利要求I所述的一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器，所述構造雙率哈馬斯坦模型，具體為由于輸入信號序列U(k)和反應產物輸出信號序列y(k)的采樣頻率不同，系統參數不可辨識，所以需要對哈馬斯坦模型進行雙率提升，得到雙率哈馬斯坦模型少(句) = P-句)+ #0)反(句)+ V(句)，其中 a (z) = a(z) <j5q, 3 (z)=b(z) 4>q, 為提升因子。專利摘要本技術提供了一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器。該參數辨識器通過多項式變換技術重構了不同采樣頻率的輸入輸出信號，使之成為能用于辨識的輸入輸出信號，并用過參數化技術和遞推最小算法對雙率采樣哈馬斯坦非線性模型進行參數辨識。本技術解決了不同采樣頻率下的哈馬斯本文檔來自技高網...
【技術保護點】
本專利技術涉及一種采用雙率采樣的哈馬斯坦非線性模型的參數辨識器，其特征在于，獲取輸入采樣信號u(k)和反應產物輸出采樣信號y(kq)，根據輸入輸出信號建立哈馬斯坦模型；構造雙率哈馬斯坦模型；對雙率哈馬斯坦模型的參數用遞推最小二乘算法進行辨識。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：潘豐，周林成，李向麗，
申請(專利權)人：江南大學，
類型：實用新型
國別省市：
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