基于模型預(yù)測控制ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-06 23:43 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ※ 輸出預(yù)估時域長度 P的選擇 通常 P越大，預(yù)測控制的魯棒性就越強(qiáng)。但相應(yīng)的計算量和存儲量也增大。一般， P選擇等于過程單位階躍響應(yīng)達(dá)到其穩(wěn)態(tài)值所需過渡時間的一半所需的采樣次數(shù)。 ※ 控制時域長度 M的選擇 M越大，系統(tǒng)的魯棒性也就越強(qiáng)。但是為了避免優(yōu)化過程的尋優(yōu)困難， M不宜選得太大，一般 M取小于 10為宜。 ※ 參考軌跡的收斂參數(shù)的選擇 大，則預(yù)測控制的魯棒性強(qiáng)，但導(dǎo)致閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。相反， 若過小，則過渡過程較易出現(xiàn)超調(diào)與振蕩。 因此， 的選擇應(yīng)全面考慮過程的非線性、模型誤差等大小以及閉環(huán)系統(tǒng)相應(yīng)的動態(tài)要求。通常采用分段取值的試差方法。 ※ 誤差權(quán)矩陣 Q的選擇 對于 qi的取值是為了使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，對純滯后部分控制作用是無能為力的，在這些時刻 ,取 qi=0；其它時刻，取 qi =1。 ※ 控制權(quán)矩陣 R的選擇 在整定中，當(dāng)控制量變化太大時，可先置 r=0，待系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足要求后則加大 r值。事實(shí)上，只要取一個很小的 r值，就足以使控制量的變化趨于平緩。 ??? . 動態(tài)矩陣控制 動態(tài)矩陣控制（ Dynamic Matrix Control DMC）是基于階躍響應(yīng)模型的一種預(yù)測控制算法，它是由 Culter 提出來的一種有約束多變量優(yōu)化控制算法。它采用工程上易于測試的階躍響應(yīng)模型，算法比較簡單，計算量較少，魯棒性較強(qiáng)，適用于純滯后、開環(huán)漸近穩(wěn)定的非最小相位移系統(tǒng)。 近年來已在化工、煉油、石油化工、冶金等企業(yè)中得到成功應(yīng)用，已有商品化軟件出售。DMC算法包含預(yù)測模型、在線反饋校正、滾動優(yōu)化等幾部分。 廣義預(yù)測控制（ Generalized Predictive Control 簡稱 GPC）考慮過程隨機(jī)噪音 , 采用易于在線辨識并能描述不穩(wěn)定過程的 CARMA受控自回歸滑動平均模型和 CARIMA受控自回歸積分滑動平均模型。 . 預(yù)測控制與 PID串級控制 預(yù)測控制雖然有較快的跟蹤性能，并對模型失配有較強(qiáng)的魯棒性。但它的抗干擾性卻比不上傳統(tǒng)的 PID控制，這是因?yàn)轭A(yù)測控制一般采樣周期較大 1— 5min,對隨機(jī)突發(fā)性干擾難于及時克服。為此一般采用預(yù)測控制與 PID串級控制。 預(yù)測控制軟件包 目前，國外已經(jīng)形成許多以預(yù)測控制為核心思想的先進(jìn)控制商品化軟件包，主要有： 美國 DMC公司的 DMC, Setpoint公司的 IDCOMM、 SMCA, Honeywell profimatics 公司的 RMPCT, Aspen公司的 DMCPLUS， 法國 Adersa公司的 PFC等成功應(yīng)用于我國石油化工中的催化裂化、常減壓、連續(xù)重整、延遲焦化、聚丙烯等許多重要裝置。 10.. 預(yù)測控制軟件包的發(fā)展 (1) 第一代模型預(yù)測控制技術(shù) 第一代模型預(yù)測控制技術(shù)以 IDCOM和 DMC為代表，主要處理無約束過程的預(yù)測控制。 (2) 第二代模型預(yù)測控制技術(shù) QDMC算法可以被稱為是第二代預(yù)測控制軟件包，它采用二次規(guī)劃方法（ QP）求解，可以系統(tǒng)地處理輸入、輸出約束問題。 QDMC在實(shí)際應(yīng)用發(fā)生了新問題，由于系統(tǒng)受外界干擾，可能會造成 QP無可行解的情況；系統(tǒng)輸入輸出可能會失效而丟失，這就產(chǎn)生了自由度可控制結(jié)構(gòu)變化問題；容錯能力擬待提高，需要處理子系統(tǒng)病態(tài)問題；控制要求向多樣化和復(fù)雜化發(fā)展，用單目標(biāo)函數(shù)中的權(quán)系數(shù)來表示所有的控制要求是非常困難的。 (3) 第三代模型預(yù)測控制技術(shù) 為了解決無可行解的問題，控制結(jié)構(gòu)能隨情況發(fā)生變化，能使用于過程具有不尋常動態(tài)特性以及更高的品質(zhì)要求，開發(fā)第三代 MPC，主要有：IDCOMM，多變量 DMC， SMCA等控制軟件包。主要特點(diǎn)是：處理約束的多變量、多目標(biāo)、多控制模式和基于模型預(yù)測的最優(yōu)控制器。 (4). 第四代模型預(yù)測控制技術(shù) 它們的特征是：基于 Windows的圖形用戶界面；采用多層優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)不同等級目標(biāo)控制；采用靈活的優(yōu)化方法；直接考慮模型不確定性 (魯棒控制設(shè)計 )；改進(jìn)的辨識技術(shù)等。主要代表產(chǎn)品有 DMCpllus, RMPCT等。 IDCOMM控制器 IDCOMM控制器是一個多變量、多目標(biāo)、基于模型的預(yù)測控制器。主要特點(diǎn)是： 采用脈沖響應(yīng)模型，具有可控性分析功能，能避免病態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)生； 采用多個目標(biāo)函數(shù)，先進(jìn)行被控變量 CV’S的設(shè)定值優(yōu)化，然后在保證其優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上操縱變量 MV’S的 IRV優(yōu)化； 約束可以是“硬”約束或“軟”約束?！坝病焙汀败洝奔s束都有優(yōu)化級的定義。 被控變量的控制要求有設(shè)定值和區(qū)域限制二種類型，這二種類型是不相容的，一個 CV要么有設(shè)定值要求，要么有區(qū)域限制要求。區(qū)域限制還分為“硬”區(qū)間限制和“軟”區(qū)間限制 操縱變量的控制要求有三種： 第一種是 MV的位置約束和變化速率 (rateofchange,簡稱 ROC)約束 ,這是 MV的“硬”約束，控制器必須嚴(yán)格遵守而不能違背的。如果這二種約束有沖突時， ROC約束的優(yōu)先級比位置約束的優(yōu)先級高。 第二種是 MV的理想靜態(tài)值 (Ide
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