一种基于PWA模型的控制策略在连续搅拌反应釜中的应用

在化工系统实际运行过程中,常常会出现一些不正常的工作状态,为了使系统运行状态能够避开这些不正常的工作状态,往往需要对控制器进行重构。针对这种情况,本文阐述了一种基于分段仿射模型的控制策略,该控制策略采用显式模型预测控制算法对系统进行控制,当检测到系统出现异常工作点时,先对系统进行形式验证,根据验证结果,再决定是否进行控制器重构,这样,既大大节约了生产时间和成本,也提高了控制效率。将该控制策略应用到连续搅拌反应釜系统中,取得了显著的应用成效。

基于PWA模型的安全诊断方法在CSTR系统中的应用

针对石油化工行业生产过程的安全性问题,提出了一种基于分段仿射(PWA)模型的安全诊断方法。该方法需要先建立石化系统的PWA模型,该类模型能够很好的描述石化系统的非线性特性和混杂特性;再采用基于可达性分析的形式验证算法,求取系统状态所有可能的运行轨迹,对系统在运行过程中是否发生危险进行预判,以便及时采取相应的措施,保证系统运行的可靠性和安全性。将该方法应用到连续搅拌反应釜(CSTR)系统中,仿真结果验证了其有效性和实用性。

基于PWA模型的混杂系统优化控制

针对混杂系统非线性和非一致连续的复杂特性,使用混杂系统描述语言(HYSDEL)建立能以任意的精确程度描述非线性系统特性的分段仿射(Piece Wise Affine,PWA)模型并采用模型预测控制对系统进行优化。通过对具体实例的仿真研究,结果表明优化控制方法是有效的。

基于PWA融合模型的注塑过程保压段建模及控制策略

注塑过程是典型的批次过程,由注射、保压、冷却等阶段构成。保压段是决定制品质量的一个重要阶段,且具有较大的非线性和时变性。分段仿射(piece-wise affine, PWA)模型能够有效描述保压段的特性,但是PWA模型硬切换方式会导致输出跳变问题,因此提出一种基于时间划分的PWA融合模型,在子模型切换过程中引入切换区间,通过线性加权方法进行模型融合,并采用基于分离最小二乘的辨识方法进行参数估计。在此基础上,设计了基于内模整定的多模型PID控制方法。注塑机实验结果表明了算法的有效性。

基于微粒群优化算法的非线性系统PWA多模型建模

针对复杂非线性系统,将微粒群优化(PSO)算法与多模型建模相结合,设计了一种基于PSO算法的非线性系统分段仿射(PWA)多模型建模算法。该算法将PWA多模型建模问题转化为混合整数二次规划(MIQP)问题,并基于PSO算法对其进行优化求解。在求解的过程中,采用分层优化求解方法,有效降低优化问题的维数,减小了陷入局部最优的概率,并通过仿真验证了该算法的有效性。

含间隙机械系统的混杂模型预测控制器

研究含间隙机械系统的混杂模型预测控制问题.首先,将含间隙机械系统的运行模式分为"间隙模式"和"接触模式".其次,建立了含间隙机械系统的混杂分段仿射(PWA)模型.然后,利用模型预测控制(MPC)的方法对约束PWA系统的最优控制进行求解,通过动态规划与多参数二次规划方法,得到了MPC的离线解.最后,通过将分段二次(PWQ)Lyapunov函数的求解转换成半正定规划,找到了确保闭环控制稳定性的PWQLyapunov函数.跟踪参考速度的实验结果表明,混杂模型预测控制器对含间隙机械系统的跟踪控制具有较好的效果,能够满足小采样时间系统的实时控制要求.

电力系统电压崩溃的显式模型预测控制

由于电力系统不仅包含非线性动态,还包含了离散事件以及一些离散的操纵变量,因此电力系统本质上是一个复杂的混杂系统。利用混合逻辑动态(MLD)模型和分段仿射模型(PWA)描述电力系统的非线性动态特性、离散事件和变量,建立电力系统的混杂系统模型。针对电力系统的混杂模型,将显式模型预测控制技术应用于电力系统,并对电力系统的电压进行稳定控制。数值仿真研究表明,所提方法能够预测和防止电压崩溃,并对于故障情况能够迅速地做出响应,表明该方法是有效的。

含间隙系统的约束时间最优预测控制

为了解决含间隙机械系统最优控制的计算复杂度问题,设计了基于分段仿射(PWA)模型的约束时间最优预测控制器。为了降低在线控制的计算复杂度,利用动态规划方法在模型的状态和参考跟踪速度的范围内提前计算出了离线的控制律。在跟踪参考速度的实验中,约束时间最优预测控制器具有较好的跟踪控制性能,与约束有限时间最优控制器相比,计算时间降低了十几倍,因此,适合于小采样时间系统的实时跟踪控制。

高效显式模型预测控制在两容水箱中的应用

针对一类具有分段仿射形式的混杂系统模型的控制方法问题,提出了一种高效显式模型预测控制算法;该算法通过将最优控制问题转化为多参数规划问题,离线求得具有分段仿射形式的显式控制器;在线过程,应用一种新的搜索算法,它能够快速准确地对系统状态点进行定位,确定其所属的控制器分区,再根据该分区所对应的子控制率,进行简单的线性运算,即可得到系统的输入;该控制方法避免了反复的在线优化计算,大大减少了计算量,并且,在线计算的速度更快,控制的实时性更好;将该算法应用到具有典型混杂特性的两容水箱系统中,仿真结果表明:水箱的液位从初始液位能够快速平稳的达到期望的液位,且与其它的控制算法相比较,该算法更加高效。

模型预测控制系统的低保守稳定性分析

基于显式PWA(piece-wise affine)模型和Lyapunov函数,提出了一种模型预测控制系统的低保守稳定性分析方法。通过在PWA模型的状态分区上,寻找分段二次Lyapunov函数,把闭环预测控制系统的稳定性分析问题转化为线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)问题,并应用现有的高效凸规划算法来求解。对PWA模型的状态区域进一步的细化凸划分,以增加找到分段二次Lyapunov函数的可能性,减低闭环系统稳定性分析的保守性。数值仿真计算表明该方法是可行有效的。