Online optimal control of nonlinear discrete-time systems using approximate dynamic programming

In this paper,the optimal control of a class of general affine nonlinear discrete-time(DT) systems is undertaken by solving the Hamilton Jacobi-Bellman(HJB) equation online and forward in time.The proposed approach,referred normally as adaptive or approximate dynamic programming(ADP),uses online approximators(OLAs) to solve the infinite horizon optimal regulation and tracking control problems for affine nonlinear DT systems in the presence of unknown internal dynamics.Both the regulation and tracking controllers are designed using OLAs to obtain the optimal feedback control signal and its associated cost function.Additionally,the tracking controller design entails a feedforward portion that is derived and approximated using an additional OLA for steady state conditions.Novel update laws for tuning the unknown parameters of the OLAs online are derived.Lyapunov techniques are used to show that all signals are uniformly ultimately bounded and that the approximated control signals approach the optimal control inputs with small bounded error.In the absence of OLA reconstruction errors,an optimal control is demonstrated.Simulation results verify that all OLA parameter estimates remain bounded,and the proposed OLA-based optimal control scheme tunes itself to reduce the cost HJB equation.

基于机器学习的地铁行人流在线优化控制研究

为了实现高峰期地铁站行人流管控的在线优化,设计了基于机器学习的地铁站行人流管控算法框架。以某地铁车站早高峰的行人流管控流程为研究对象,利用Agent技术搭建地铁站行人流管控仿真模型。多次运行仿真模型可以获得深度学习网络的训练数据。通过对网络进行充分训练,得到优化调度策略。将网络接入地铁站行人流实时运行数据,实现实时优化管控。仿真实验表明:引入的深度强化学习框架可以实现在线优化,调度结果优于传统方法。

常减压装置先进控制性能提升与优化

先进控制应用过程中,随着应用年限的增加,装置工艺、设备等条件的改变,以及缺乏有效的维护和管理,造成先进控制性能下降。为满足先进控制在线实时优化系统建设和性能提升需求,通过对原有控制系统架构升级,开发了原油自动提降量控制器,从工控安全、装置优化、精准控制、自动提降量一键式操作、人机操作界面智能展示等方面做出了开发和创新,提高了先进控制投用质量和性能,夯实了在线实时优化基础平台,保证了企业经济效益的持续性。

天然气加工终端工艺过程的数字孪生系统研究

中海油某天然气加工终端,设计加工能力60多亿立方米/年.原料气经过脱碳、脱水、制冷、分馏等工艺生产干气、丙烷、丁烷、液化气、稳定轻烃、稳定凝析油等产品.本文采用斯伦贝谢的数字孪生技术,进行了该终端的三维可视化,先进控制及工艺操作条件实时在线优化的研究,其目的是提高该终端的轻烃回收率.

磁悬浮系统的电流控制方法

为了提高磁悬浮系统的响应速度与响应精度,综合时间最优控制、变结构控制及系统辨识理论,设计了三步电流控制法,即采用时间最优控制来获得电流最快速响应.根据跟踪误差,采用变结构控制来精确地跟踪理想电流,最后在线辨识得到线圈参数并计算出维持理想电流的最终控制电压.同时,推导了电流响应速度与控制系统硬件的约束关系.磁悬浮小球电流跟踪、阶跃响应以及幅频特性的实验表明,该算法能使系统在最短时间内精确地响应输入电流,不仅增加了系统带宽,改善了系统性能,而且还可以应用到其他电流控制场合.

基于实时入炉煤质数据的在线掺烧优化系统在火电厂的应用

为解决传统配煤掺烧过程中煤质数据滞后、配煤结果不准、无法获取锅炉实时燃煤数据的难题,研究利用皮带式入炉煤煤流全元素实时分析设备,实时获取皮带煤流煤质数据,并与配煤设备、在线掺烧优化软件相结合,形成在线掺烧优化系统。该系统通过实时采集入炉皮带煤流煤质数据,反馈调整煤场配煤煤种及比例,实现精准配煤,计算实时锅炉运行经济指标,并可采集锅炉运行数据,实时优化锅炉运行氧量、风门开度等关键控制参数。通过本系统的应用,可帮助电厂燃用更多标煤单价较低的经济煤种,并通过实时燃烧优化调整使锅炉运转保持在最佳状态,从而使电厂获得可观的收益。

基于分布式模型预测控制的综合能源系统多时间尺度优化调度

采用具有滚动优化、反馈校正特点的模型预测控制是实现综合能源系统多时间尺度优化调度的关键技术之一。鉴于集中式模型预测控制实现系统整体在线优化的复杂性,文中提出一种基于分布式模型预测控制的综合能源系统多时间尺度优化调度方法,通过各子系统协调配合实现综合能源系统灵活调度。首先,建立以系统日运行经济最优、系统日运行费用及机组启停惩罚费用最小为目标的日前、日内滚动优化模型。然后,在实时阶段采用基于分布式模型预测控制的优化调度策略对整体优化问题进行分解,各子系统根据其他子系统前一时刻的输入序列进行状态估计并优化自身性能指标。最后,通过对各子系统的协调控制进而实现整个系统的在线优化,满足其动态调整需求。仿真结果表明,所提方法能够在改善系统控制性能的同时,提高系统运行的经济性。

基于遗传算法的空调水系统优化控制研究

提出一种优化控制策略,采用基因遗传优化算法,能够快速准确地获得各控制变量在预测时间内的最优设定值。实时仿真试验表明,该策略与固定设定值的控制方式以及局部层次的优化控制方式相比,能够在满足控制稳定性的前提下最大限度地节约整个空调水系统的总能耗。

实时优化技术在乙烯装置在线优化中的应用

乙烯产业是重要的石化基础产业,对国民经济、石油化工产业及工业社会起着举足轻重的作用,近年来在我国经济增长过程中保持着蓬勃发展的态势,但是,由于我国乙烯生产总体技术水平的相对滞后以及乙烯工业所供原料复杂等因素,导致我国目前乙烯装置与世界乙烯生产先进水平存在一定差距,为了减小这一差距,达到世界先进水平,离不开工业过程自动化和运用实时优化技术。为此,本文介绍了实时优化技术的国内外发展现状和该技术在乙烯装置的应用情况,并通过实时优化系统的实施,建立了乙烯装置的全流程严格机理模型,可以实时跟踪乙烯装置的生产情况,持续不断对装置进行在线优化,使装置的操作达到最佳的经济效益操作点,此外,在优化中以装置的原料、产品和公用工程等价格为导向,对全装置生产过程自动操作执行,减少了优化计算和结果执行中的人为干预。分析表明实时优化技术有效实现了乙烯装置增产、节能和降耗的目标,可为乙烯生产企业创造新增经济效益。

一种磁悬浮系统的降阶方法

针对电压控制的磁悬浮系统设计了时间最优控制算法以获得电流最速响应,并推导了控制系统硬件对电流响应速度的约束关系;根据跟踪误差改变控制器参数以精确地跟踪设定电流;根据在线辨识得到的线圈参数计算最终控制电压以维持理想电流。这种算法能够使电压控制取得与电流控制同样的效果,简化了控制系统分析与设计并提高了对线圈参数时变的鲁棒性。磁悬浮小球电流响应实验与悬浮实验验证了算法的有效性,该算法还可扩展到其他电压控制电流的场合。

基于ANFIS模型的高速动车组运行优化控制

高速动车组运行过程复杂,运行环境多变,难以建立有效控制模型实现动车组安全、正点、高效运行。提出一种离线建模与在线校正相结合的动车组建模与运行优化方法。基于高速动车组牵引/制动特性和系统运行数据,建立动车组运行过程离线ANFIS模型,并借助动车组实时运行数据采用梯度下降法在线校正ANFIS模型。提出基于ANFIS模型的动车组运行速度跟踪控制方法,实现动车组运行优化控制。基于CRH380AL实际运行数据的仿真结果验证了该方法的有效性。

自由飞行中的最优飞行轨迹

针对空中交通管制中的自由飞行方式,给出了一套轨迹优化算法,即动态规划法+共轭梯度算法、考虑风场的飞行器运动学方程等,算法根据即时的飞行任务(即应该通过的空域点)、天气情况(如风场)、威胁区信息(即不允许路过的区域)等,可以实时在线地规划出全局4-维最优飞行轨迹。轨迹优化的.性能指标是发动机燃料消耗量最小、或飞行时间最短、或路径(飞行路程)最短,或综合考虑各种性能指标等。该算法与软件包是基于Boeing-747飞机的数据作的设计与仿真测试。针对一些典型情况,给出了若干飞行轨迹优化的算例。该算法与软件包可用于有人驾驶的或无人自主控制的航空飞行器,如大型飞机等。

基于扩张观测理论的车辆质心侧偏角估计方法研究

为了实现对车辆行驶状态参数的估算,建立了车辆单轨二自由度数学模型,并以扩张观测理论为基础,设计了一种能够实时追踪车辆行驶状态参数的线性扩张观测器,利用可以直接获取的横摆角速度,车轮转角和纵向车速对质心侧偏角进行估计,并应用李雅普诺夫函数法对所设计的扩张观测器参数进行优化。在Matlab中在不同的车速下对设计的质心侧偏角观测器进行实验验证.实验结果表明:所设计的线性扩张观测器不仅能够对车身质心侧偏角进行很好的估算,而且具有很好的抗干扰性,纵向车速的改变,没有影响观测的精度。

基于粒子群算法的APF直流侧电压控制

直流侧电压的的控制影响到有源电力滤波器(APF)的功率损耗和补偿性能,以三相三线制APF为研究对象,推导APF电压环传递函数为被控对象,构造简化定常系统和加入时变环节的时变系统。针对传统PI控制参数难整定、时变系统适应性差的问题,将引入收缩因子和惯性权重线性递减的粒子群算法(PSO)纳入到PI参数的优化中,合成离线PSO-PI控制和在线PSO-PI控制。仿真表明,较传统PI控制,在线PSO-PI控制对时变系统具有超调量小、响应快、适应性强的特点。

基于模糊逻辑并联混合动力汽车控制策略研究

针对逻辑门限控制策略存在的问题研究智能能量管理策略及其优化控制.以某轿车为原型,建立整车模糊逻辑控制策略模型,通过在线实时感知负载载荷与动力电池SOC值,控制发动机最优工作点与电机的输出转矩,并在7次UDDS循环工况下进行仿真研究,结果显示,相比逻辑门限策略,发动机效率提高3.3%,油耗减少0.68L/100km,总传动效率提高0.3%.为了进一步寻求全局最优控制,基于多目标优化算法对模糊逻辑控制策略进行优化,结果显示:油耗进一步减少0.24L/100km,HC减少0.012g/km,CO减少0.061g/km,NO_x减少0.008g/km,验证了模糊逻辑控制策略的优越性和优化算法的有效性.

纯时滞两次ITAE优化控制系统的背驰定律

本文给出纯时滞系统新的二次优化控制算法 ,即不论在有穷维空间 ,还是在无穷维空间 ,两次都用 ITAE优化控制律进行优化 .这种系统 ,设定的一次优化超调 δ1(μ) %愈小 ,二次优化超调 δ2 (μ)愈大 ,系统的鲁棒性愈强 ,称之为背驰定律 .最后讨论一个算例 ,结果表明 ,鲁棒性强 ,对时变时滞系统的优化控制 ,更具有工程实用价值 .

电磁接触器吸合过程无模型自适应控制策略

对电磁接触器吸合运动过程展开研究,旨在通过控制算法提升电磁接触器在不同工作环境和全寿命周期的吸合可靠性,避开接触器复杂的物理建模过程。首先,分析电流闭环控制理念下,电磁接触器吸合过程触头运动的时滞效应,设计兼顾快速动作和弹跳抑制的吸合过程电流闭环控制序列。然后,研究电磁接触器在实际工况下的工作特点,寻找线圈电流与动作时间之间的直接关系,并引入无模型自适应控制方案对电磁机构吸合过程实时在线优化,抑制动作分散性。控制策略不依赖于任何受控对象结构参数,不需要事先建立接触器物理模型,不需要增设传感器,根据在线数据实时优化电磁机构吸合过程控制策略,能够智能、快速地适应外部工作环境的变化和开关自身机械结构的磨损。搭建基于FPGA的快速控制原型系统,验证控制策略的实际效果,实验结果证明该控制策略能够有效抑制不同型号电磁接触器在不同输入电压下的触头弹跳和动作分散性,对电磁开关吸合动作性能的提升很有帮助。

模糊控制多因子自调整的研究

首先结合仿真实验，分析了量化因子，单个、多个调整因子对模糊控制器性能的影响．阐述了多因子自寻优的实现，引出了适用于实时控制的全论域范围的因子自寻优，并给出了自寻优方法进一步优化的一种思路．

基于区间时间分配的列车速度曲线节能优化及其在CMC环境测试

针对站间线路存在不同限速的情况,提出一种运行时间优化分配方法。根据影响速度曲线节能优化的限速划分了优化区间,建立每个优化区间的能耗—时间函数,借助拉格朗日法建立增广目标函数,通过拟牛顿法迭代得到站间运行时间优化分配结果,采用Matlab进行仿真。当区间的线路限速数量和限速值不同时,也可以通过该方法进行站间运行时间的优化分配。最后在基于CMC芯片的硬件环境下进行了测试。

发动机ECU标定系统的实时数据处理设计与应用

发动机ECU标定系统需要标定人员根据实时工况数据来即时调整ECU的控制策略。即时显示发动机运行状态,同时存储实时数据对于标定工作意义重大。提出一种发动机ECU标定系统结构实现方法,实现工况数据的实时采集与标定数据的在线标定。设计一种改进的行程编码算法对数据进行无损压缩,便于数据的传输、存储、查询;利用数据缓存队列、优化线程调度策略,将任务分配到不同处理器上运行,保证系统的实时响应与数据处理效率。在发动机ECU标定系统的应用中表明该方法满足了标定系统对实时性、准确性、高效性的要求。