双层预测控制中基于操作变量增量的多优先级稳态目标计算

本文给出一种双层结构预测控制(MPC)中多优先级稳态目标计算(SSTC)的描述方法.在可行性阶段,被控变量(CV)和外部目标(ET)的软约束以及操作变量(MV)的硬约束被统一表述为关于MV增量的约束,将软约束(包括ET的期望上下界、CV的操作上下界、以及ET的跟踪)进行放松,保证放松以后MV增量约束集的相容性.在经济优化阶段,在MV增量约束集中寻找经济最优的MV增量值.该算法在已有文献的基础上,对ET/CV的等式/不等式约束统一处理.仿真算例证实了该算法的有效性.

双层预测控制中保证动态控制可行的稳态目标计算策略

在双层结构模型预测控制(Model predictive control,MPC)中,稳态目标计算(Steady-state targets calculation,SSTC)层(上层)为动态控制(Dynamic control,DC)层(下层)提供操作变量、被控变量设定值和变量约束.但是,上层可行域和下层吸引域间存在的不一致性可能使得上层给出的设定值无法实现.本文为下层事先选取若干组放松的软约束,并对每一组软约束都离线计算出相应的吸引域,其中最大的一个吸引域包含稳态目标计算的可行域.在控制过程中,根据当前状态所属吸引域在线地决定在DC层采用的软约束组.采用上述方法后,对所有处于最大吸引域的初始状态,在跟踪稳态目标的过程中,下层优化问题都是可行的.仿真算例证明了该方法的有效性.

基于多优先级稳态优化的双层结构预测控制算法及软件实现

研究包含稳态目标计算(Steady-state target calculation,SSTC)层和动态控制层的双层结构预测控制(Model predictive control,MPC)及其实现方法.我们将已有的辨识、优化和控制方案适当地组合并软件化.通过在多优先级稳态目标计算中引入新的变量,给出了稳态目标计算的统一表达方法,每个优先级的优化问题或是跟踪外部目标,或是放松软约束.通过仿真算例和应用实例相结合的方式验证了软件功能.

基于动态矩阵控制的双层结构预测控制的整体解决方案

本文给出一种双层结构预测控制的整体解决方案.该方案分为开环预测、稳态目标计算和动态控制三个模块.开环预测基于实测被控变量值和过去的操作变量值,在假设未来操作变量不再变化的情况下,估计未来的被控变量值.稳态目标计算根据开环预测结果和外部目标等要求,计算操作变量、被控变量的稳态目标值以及软约束的放松量.动态控制根据开环预测结果和稳态目标输出结果,计算未来的控制作用增量序列,采用经典的动态矩阵控制策略.这个整体解决方案保证了三个模块在模型、约束、目标上的一致性.该算法是在已有文献的基础上,将三个模块统一处理得到的.仿真与应用例子证实了该算法的有效性.

双层结构预测控制中积分过程的稳态目标优化方法

讨论了积分过程的稳态优化问题.针对积分过程的模型不确定性对双层结构预测控制中稳态目标计算的影响,在基于"点"模型的经济优化模型的基础上,考虑输入增量变化和输出变量初始值的误差对稳态目标计算的影响,采用迭代补偿的方法,不断的修正"点"模型的等式约束条件,更新优化设定点.通过仿真可以看出,新的稳态优化设定点是一个渐近的动态过渡过程,稳态优化的计算偏差大幅下降,有效地改善了模型不确定性对稳态目标计算的影响.

鲁棒线性规划在预测控制中的应用

研究了在稳态模型不确定情况下有约束的多变量预测控制系统的稳态目标计算问题。根据统计学的原理考虑模型参数的变化 ,确定出系统稳态益阵可能变化的最大范围 ,将原来的线性规划问题转化成鲁棒线性规划问题 ,并利用求解二次锥规划问题的方法解决新的规划问题。在Shell塔模型上的仿真实验证明 ,稳态目标计算采用鲁棒线性规划的控制系统更加稳定可靠 。

一种开环输出反馈预测控制

考虑状态不可测且具有多胞不确定性的系统.本文通过定义参数依赖的顶点控制作用,提出一种基于多胞描述模型的启发式开环输出反馈预测控制方案,其中顶点控制作用依赖于多胞描述模型参数,由多胞顶点值构成.在工业预测控制的框架下,方案包含开环预测、稳态目标计算、动态控制3个模块.上层稳态目标计算模块采用稳态模型优化得到稳态目标值,下层动态控制跟踪由稳态目标值计算得到的多胞顶点稳态目标值.考虑到工业预测控制中稳态目标计算模块常采用线性模型,本文通过在多胞描述模型中加入人工干扰进而改进控制方案,使得上层稳态目标计算模块可直接采用改进的稳态多胞描述模型,下层基于改进的动态预测方程跟踪顶点稳态目标值.通过仿真分别验证了两种方法的可行性和有效性.