模型预测控制讲解课件.ppt

1、2022-8-4第五讲 模型预测控制12022-8-4第五讲 模型预测控制22022-8-4第五讲 模型预测控制32022-8-4第五讲 模型预测控制42022-8-4第五讲 模型预测控制52022-8-4第五讲 模型预测控制62022-8-4第五讲 模型预测控制72022-8-4第五讲 模型预测控制82022-8-4第五讲 模型预测控制92022-8-4第五讲 模型预测控制102 yu143未来未来过去过去k 时刻时刻 1控制策略控制策略 2控制策略控制策略 3对应于控制对应于控制 策略策略的输出的输出 4对应于控制策略对应于控制策略的输出的输出2022-8-4第五讲 模型预测控制11202

2、2-8-4第五讲 模型预测控制12uuyryryk时刻优化时刻优化213yk+1时刻优化时刻优化213k+1kt/T1参考轨迹参考轨迹yr(虚线虚线)2最优预测输出最优预测输出y(实线实线)3最优控制作用最优控制作用u2022-8-4第五讲 模型预测控制132022-8-4第五讲 模型预测控制14yukk+141231k时刻的预测输出时刻的预测输出2k时刻实际输出时刻实际输出 3预测误差预测误差4k时刻校正后的预测输出时刻校正后的预测输出t/T2022-8-4第五讲 模型预测控制15)(aaN2022-8-4第五讲 模型预测控制162022-8-4第五讲 模型预测控制17模型截断模型截断y01

3、23a3a2 a1 NN-1aNaN-1t/T2022-8-4第五讲 模型预测控制18TkNkykkykky/2/10000NyTykNkykkykky/2/11111N kukkayyN0N1TN21aaaa2022-8-4第五讲 模型预测控制19kky/10kky/20kky/30 kyp0kkyM/1kkyM/2kkyM/2 kyPM2022-8-4第五讲 模型预测控制20 kukkMAyyP0PM Tu11MkukukukM2022-8-4第五讲 模型预测控制21min()()(/)()J kq w k iyk i kr u kjiMjjMiP 221112022-8-4第五讲 模型预

4、测控制222022-8-4第五讲 模型预测控制23 kyPMkkyM/1kkyM/2kPkyM/P122022-8-4第五讲 模型预测控制24kkykyke/1111kky/112022-8-4第五讲 模型预测控制25 11kekkhyyN1cor1/11/1kikkikcorN0yy11kkcorN0ySy2022-8-4第五讲 模型预测控制26 k k+3 k+1k+2k+Nk+N+1t/Th2e(k+1)y(k+1)e(k+1)h3e(k+1)y(k)实际轨迹实际轨迹 kN0y kkN0coryy11 kehN k1Nykky/12022-8-4第五讲 模型预测控制272022-8-4第

5、五讲 模型预测控制28 设置控制初值设置控制初值 u0u 检测实际输出检测实际输出 y0,并设置预测并设置预测 初值初值 y0y(i),i=1,2,N 计算控制量并输出计算控制量并输出 u+u u 计算输出预测值计算输出预测值 y(i)+aiu i=1,2,N 计算控制增量计算控制增量 返回返回 入口入口uiywdPii1)(检测实际输出检测实际输出 y,并计算误差并计算误差 y y(1)e 计算控制量并输出计算控制量并输出 u+u u 计算输出预测值计算输出预测值 +aiu ,i=1,2,N 计算控制增量计算控制增量 返回返回 入口入口 预测值校正预测值校正 ,i=1,2,N 移位设置该时刻

6、预测初值移位设置该时刻预测初值 ,i=1,2,N1uiywdPii1)(iy iyehiyi iy 1iy iy iy 2022-8-4第五讲 模型预测控制292022-8-4第五讲 模型预测控制302022-8-4第五讲 模型预测控制312022-8-4第五讲 模型预测控制322022-8-4第五讲 模型预测控制331kugyTMM2022-8-4第五讲 模型预测控制342022-8-4第五讲 模型预测控制352022-8-4第五讲 模型预测控制362022-8-4第五讲 模型预测控制372022-8-4第五讲 模型预测控制382022-8-4第五讲 模型预测控制39系统投运之后取系统投运之

7、后取 得了较好的控制效果，得了较好的控制效果，黑液浓黑液浓度波动在度波动在1%以内以内。2022-8-4第五讲 模型预测控制402022-8-4第五讲 模型预测控制412022-8-4第五讲 模型预测控制422022-8-4第五讲 模型预测控制432022-8-4第五讲 模型预测控制44，2022-8-4第五讲 模型预测控制45Setpoint、DMC、Speedup、Adersa、Simoon、Treiber Control等专门从事等专门从事实时控制与优化的软件公司。实时控制与优化的软件公司。在在1996年，著名的年，著名的Setpoint公司和公司和DMC公司先后被公司先后被Aspent

8、ech公司收公司收购。，在上百家大型石化、化工、炼购。，在上百家大型石化、化工、炼油、钢铁等企业应用成功，取得了巨油、钢铁等企业应用成功，取得了巨额利润。额利润。2022-8-4第五讲 模型预测控制46这些这些开发出适用于实时控开发出适用于实时控制与优化的多变量高级控制和实时在线制与优化的多变量高级控制和实时在线优化的商品化工程软件，大量推向市场，优化的商品化工程软件，大量推向市场，在上百家大型石化、化工、炼油、钢铁在上百家大型石化、化工、炼油、钢铁等企业应用成功，取得了巨额利润。等企业应用成功，取得了巨额利润。uAspentech公司实行收购后，在过程信息公司实行收购后，在过程信息管理管理P

9、IM、先进控制和优化技术方面成、先进控制和优化技术方面成为世界领先地位为世界领先地位。2022-8-4第五讲 模型预测控制472022-8-4第五讲 模型预测控制48DMCPlus控制软件包控制软件包Aspentech在在兼并兼并DMC公司和公司和Setpoint公司之后推出公司之后推出的，主要特点：的，主要特点：u过程模型辨识过程模型辨识u处理约束处理约束u经济指标优化经济指标优化u能处理大型控制问题能处理大型控制问题2022-8-4第五讲 模型预测控制49国产多变量约束控制软件包国产多变量约束控制软件包MCC2022-8-4第五讲 模型预测控制50多变量约束控制软件包多变量约束控制软件包M

10、CC功能特点：功能特点：u采用线性阶跃响应模型采用线性阶跃响应模型u采用能满足控制指标和经济指标的多采用能满足控制指标和经济指标的多目标优化：根据优先级的不同处理多目标优化：根据优先级的不同处理多目标问题。在线调整优先级，当出现目标问题。在线调整优先级，当出现冲突时，首先保证最重要目标的实现。冲突时，首先保证最重要目标的实现。u能够在线调整优先级；能处理能够在线调整优先级；能处理CV的设的设定值要求和区间要求定值要求和区间要求2022-8-4第五讲 模型预测控制51多变量约束控制软件包多变量约束控制软件包MCC功能特点：功能特点：u采用采用QP方法求解，能够处理各类约束方法求解，能够处理各类约

11、束u采用多控制模式，能处理采用多控制模式，能处理“胖胖”、“方方”、“瘦瘦”系统及其自动转化系统及其自动转化u各个各个MV和和CV都可以在线处于都可以在线处于“开开”、“关关”状态，可在线分析系统可控性，状态，可在线分析系统可控性，防止病态系统产生防止病态系统产生u可以进行在线增益调整可以进行在线增益调整2022-8-4第五讲 模型预测控制52多变量约束控制软件包多变量约束控制软件包MCC功能特点：功能特点：u能处理零增益等特殊动态特性能处理零增益等特殊动态特性u根据生产要求，在线调整动态优化性根据生产要求，在线调整动态优化性能指标中的加权矩阵能指标中的加权矩阵u仪表出现故障时，控制器能继续进

12、行仪表出现故障时，控制器能继续进行u能够处理积分系统能够处理积分系统u实现干扰的前馈控制实现干扰的前馈控制2022-8-4第五讲 模型预测控制532022-8-4第五讲 模型预测控制542022-8-4第五讲 模型预测控制552022-8-4第五讲 模型预测控制562022-8-4第五讲 模型预测控制57u到哪里去找回我们在信息中丢失的知识到哪里去找回我们在信息中丢失的知识u到哪里去找回我们在知识中丢失的智慧到哪里去找回我们在知识中丢失的智慧 英国诗人爱略特的一句诗英国诗人爱略特的一句诗u在学习与工作中保持清醒而智慧的头脑在学习与工作中保持清醒而智慧的头脑比掌握知识本身更为重要。比掌握知识本身更为重要。王慧王慧2022-8-4第五讲 模型预测控制582022-8-4第五讲 模型预测控制59