基于模型預(yù)測(cè)控制ppt課件-文庫(kù)吧資料
2025-05-09 23:43本頁(yè)面
【正文】 生； 采用多個(gè)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。主要代表產(chǎn)品有 DMCpllus, RMPCT等。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(cè)的最優(yōu)控制器。 QDMC在實(shí)際應(yīng)用發(fā)生了新問(wèn)題，由于系統(tǒng)受外界干擾，可能會(huì)造成 QP無(wú)可行解的情況；系統(tǒng)輸入輸出可能會(huì)失效而丟失，這就產(chǎn)生了自由度可控制結(jié)構(gòu)變化問(wèn)題；容錯(cuò)能力擬待提高，需要處理子系統(tǒng)病態(tài)問(wèn)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(lái)表示所有的控制要求是非常困難的。 10.. 預(yù)測(cè)控制軟件包的發(fā)展 (1) 第一代模型預(yù)測(cè)控制技術(shù) 第一代模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)以 IDCOM和 DMC為代表，主要處理無(wú)約束過(guò)程的預(yù)測(cè)控制。為此一般采用預(yù)測(cè)控制與 PID串級(jí)控制。 . 預(yù)測(cè)控制與 PID串級(jí)控制 預(yù)測(cè)控制雖然有較快的跟蹤性能，并對(duì)模型失配有較強(qiáng)的魯棒性。DMC算法包含預(yù)測(cè)模型、在線反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化等幾部分。它采用工程上易于測(cè)試的階躍響應(yīng)模型，算法比較簡(jiǎn)單，計(jì)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)。事實(shí)上，只要取一個(gè)很小的 r值，就足以使控制量的變化趨于平緩。 ※ 誤差權(quán)矩陣 Q的選擇 對(duì)于 qi的取值是為了使控制系統(tǒng)穩(wěn)定，對(duì)純滯后部分控制作用是無(wú)能為力的，在這些時(shí)刻 ,取 qi=0；其它時(shí)刻，取 qi =1。 因此， 的選擇應(yīng)全面考慮過(guò)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(dòng)態(tài)要求。 ※ 參考軌跡的收斂參數(shù)的選擇 大，則預(yù)測(cè)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。 ※ 控制時(shí)域長(zhǎng)度 M的選擇 M越大，系統(tǒng)的魯棒性也就越強(qiáng)。但相應(yīng)的計(jì)算量和存儲(chǔ)量也增大。通常可選 N =20~60為宜。通常取式（ 31）的一階指數(shù)變化形式，則有 j=1,2…… p (4). 最優(yōu)控制作用 設(shè)優(yōu)化控制的目標(biāo)函數(shù)為 （ 34） U(k),u(k+1), …… U(k+M1) M為控制步長(zhǎng) 對(duì)于無(wú)約束時(shí)的上述優(yōu)化可用最小二乘法求解。 （ 33） 式中 y(k)為當(dāng)前時(shí)刻 k的測(cè)量值。 (1). 預(yù)測(cè)模型 MAC的預(yù)測(cè)模型是采用脈沖響應(yīng)模型。適用于漸進(jìn)穩(wěn)定的線性過(guò)程。 4. 預(yù)測(cè)控制的優(yōu)良性質(zhì) 對(duì)數(shù)學(xué)模型要求不高且模型的型式是多樣化的； 能直接處理具有純滯后的過(guò)程； 具有良好的跟蹤性能和較強(qiáng)的抗干擾 能力； 對(duì)模型誤差具有較強(qiáng)的魯棒性。 （ 3）依次將 k時(shí)刻計(jì)算出的 M個(gè)最優(yōu)控制都施加完后，再計(jì)算一組最優(yōu)控制作用。然而，對(duì)過(guò)程施加這組控制作用的方式有三種： （ 1）在現(xiàn)時(shí)刻 k只施加第一個(gè)控制作用 u(k)，等到下一個(gè)采樣時(shí)刻 (k+1)，再根據(jù)采集到的過(guò)程輸出，重新進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，求出新一組最優(yōu)控制作用，仍只施加第一個(gè)控制作用，如此類推，“滾動(dòng)”式推進(jìn)。 是預(yù)測(cè)控制中的一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和魯棒性都有重要作用。最廣泛采用的參考軌線為一階指數(shù)變化形式，可寫為 i=1,2,3… （ 31） 式中 其中 Ts為采樣周期； T為參考軌跡的時(shí)間常數(shù)； y(k)為現(xiàn)時(shí)刻過(guò)程輸出； yd為設(shè)定值。 2. 參考軌線 在預(yù)測(cè)控制中，考慮到過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，為了使過(guò)程避免出現(xiàn)輸入和輸出的急劇變化，往往要求過(guò)程輸出y(k+i))沿著一條所期望的、平緩的曲線達(dá)到設(shè)定值 yd。也就是說(shuō)， 優(yōu)化過(guò)程不是一次離線完成的，而是反復(fù)在線進(jìn)行的，即在每一采樣時(shí)刻，優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及從該時(shí)刻起到未來(lái)有限的時(shí)間，而到下一個(gè)采樣時(shí)刻，這一優(yōu)化時(shí)段會(huì)同時(shí)向前推移。 （ 3）滾動(dòng)優(yōu)化。因此， 在預(yù)測(cè)控制中，通過(guò)輸出的測(cè)量值與模型的預(yù)估值進(jìn)行比較，得出模型的預(yù)測(cè)誤差，再利用模型預(yù)測(cè)誤差來(lái)校正模型的預(yù)測(cè)值，從而得到更為準(zhǔn)確的將來(lái)輸出的預(yù)測(cè)值。 （ 2） 反饋校正 。 脈沖響應(yīng)模型和階躍響應(yīng)模型等非參數(shù)模型 , 傳遞函數(shù)，狀態(tài)空間模型。 預(yù)測(cè)控制需要一個(gè)描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的模型稱為預(yù)測(cè)模型。 因此，從基本思想看，預(yù)測(cè)控制優(yōu)于 PID控制。 預(yù)測(cè)控制的基本原理 ? 通常的 PID控制，是根據(jù)
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