【信息系統(tǒng)】預(yù)測控制(已修改)
2025-05-11 02:59 本頁面
【正文】 預(yù)測控制 (Predictive Control) 戴連奎 浙江大學(xué)控制科學(xué)與工程系 浙江大學(xué)智能系統(tǒng)與決策研究所 2000/11/04 內(nèi) 容 ?預(yù)測控制的由來 ?預(yù)測控制原理 ?動態(tài)矩陣控制算法 ?多變量預(yù)測控制 ?商品化預(yù)測控制軟件 ?仿真舉例 ?工業(yè)過程的特點 多變量、非線性、 強(qiáng)耦合 、不確定性、 約束 預(yù)測 控制的由來 ?現(xiàn)代控制理論與方法 精確的數(shù)學(xué)模型、最優(yōu)的性能指標(biāo) 、系統(tǒng)而精確的設(shè)計方法 ?工業(yè)過程對控制的要求 高質(zhì)量的控制性能 、對模型要求不高、實現(xiàn)方便 、強(qiáng)魯棒性 ?一類用計算機(jī)實現(xiàn)的最優(yōu)控制算法 ?建模方便，不需要深入了解過程內(nèi)部機(jī)理 ?非最小化描述的離散卷積模型，有利于提高系統(tǒng)的魯棒性 ?滾動優(yōu)化策略，較好的動態(tài)控制效果 ?簡單實用的模型校正方法，較強(qiáng)的魯棒性 ? 可推廣應(yīng)用于帶約束、大純滯后、非最小相位、多輸入多輸出、非線性等過程 預(yù)測控制的特點 預(yù)測控制原理 + _受控過程動態(tài)預(yù)測模型模型輸出反饋校正在線優(yōu)化控制器+_++r ( k ) y ( k )u ( k )d ( k )y ( k | k )y ( k + j| k )動態(tài)預(yù)測模型 ? 預(yù)測模型的功能： 根據(jù)被控對象的歷史信息 { u(k j), y(k j) | j≥1 }和未來輸入 { u(k + j 1) | j =1, …, m} ，預(yù)測對象未來輸出 { y(k + j) | j =1, …, p} ?預(yù)測模型形式： 參數(shù)模型：微分方程、差分方程等； 非參數(shù)模型：脈沖響應(yīng)、階躍響應(yīng)等。 模型輸出預(yù)測 k k+mk j過去當(dāng)前未來控制時域預(yù)測時域k+py ( k j )u ( k j )y1 ( k+j|k )y2 ( k+j|k )u1 ( k+j|k )u2 ( k+j|k )滾動優(yōu)化（在線優(yōu)化） ?優(yōu)化目的 通過使某一性能指標(biāo) J 極小化，以確定未來的控制作用 u(k+j|k)。指標(biāo) J 希望 模型預(yù)測輸出盡可能趨近于參考軌跡。 ?優(yōu)化過程 滾動優(yōu)化在線反復(fù)進(jìn)行。優(yōu)化目標(biāo)只關(guān)心預(yù)測時域內(nèi)系統(tǒng)的動態(tài)性能，而且只將u(k|k)施加于被控過程 . 滾動優(yōu)化（續(xù)） k k+mk j過去當(dāng)前未來控制時域預(yù)測時域k+py ( k j )u ( k j )y ( k+j| k )u ( k+j| k )設(shè)定值軌跡反饋校正 ?反饋校正： 每到一個新的采樣時刻，都要通過實際測到的輸出信息對基于模型的預(yù)測輸出進(jìn)行修正，然后再進(jìn)行新的優(yōu)化。不斷根據(jù)系統(tǒng)的實際輸出對預(yù)測輸出值作出修正使?jié)L動優(yōu)化不但基于模型，而且利用了反饋信息，構(gòu)成閉環(huán)優(yōu)化。 模型輸出反饋校正（續(xù)） kk j k+py ( k j )u ( k j )ym ( k+j| k )u ( k+j )yp ( k+j| k 1 )y ( k )yp( k|k 1 )d ( k )常用預(yù)測控制算法 ?動態(tài)矩陣控制 (Cutler et al, 1980) （ Dynamic Matrix Control, DMC） ?模型算法控制 (Richalet et al, 1978) （ Model Algorithm Control, MAC） ?廣義預(yù)測控制 (Clarke et al, 1987) （ Generalized Predictive Control, GPC） ? 預(yù)測函數(shù)控制 (Adersa et al, 1987) （ Predictive Functional Control, PFC） ?狀態(tài)方程 預(yù)測模型 )()()()()1(kCxkykBukAxkx?????差分方程 ????????mjjnii jkubikyaky11)()()(?脈沖傳遞函數(shù) ? ? BAzICzuzyzG 1)()()( ????預(yù)測模型（續(xù)） 由于 IzAAzzIAzI ?????? ??? )()( 3221 ?即 ?????????? 23211)( AzAzIzAzI因而 ????????? ??????????111)(jjjjjj zhBzACzG其中 BCAh jj 1??預(yù)測模型（續(xù)） ?脈沖響應(yīng)模型（要求系統(tǒng)為開環(huán)穩(wěn)定對象） ????Njj jkuhky1)()(?階躍響應(yīng)模型（要求系統(tǒng)為開環(huán)穩(wěn)定 對象 ） )()()(11Nkuajkuaky NNjj ????? ???)1()()( ???? kukuku預(yù)測模型（續(xù)） tt00u ( k )y ( k )1( t )2 TSTS3 TS4 TSNTSa4a3aNDMC輸出預(yù)測 )()()(11Nikuajikuaiky NNjj ???????? ???)1|()()
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1